J IMMY ARTEAGABELÉNCEVALLOS

WALTER DELGADOCRISTHIAN YÉPEZ

CUARTO “C”INGENIERÍA ELÉCTRICA

Motores Eléctricos

GENERALIDADES DEL MOTOR ELÉCTRICO

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Los motores eléctricos satisfacen una amplia gama de necesidades de servicio, desde arrancar, acelerar, mover, o frenar, hasta sostener y detener una carga. Estos motores se fabrican en potencias que varían desde una pequeña fracción de caballo hasta varios miles, y con una amplia variedad de velocidades, que pueden ser fijas, ajustables o variables.

Elementos que componen un motor

1. La carcasa o caja que envuelve las partes eléctricas del motor, es la parte externa.2. El inductor, llamado estator cuando se trata de motores de corriente alterna, consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado estatórico, que es una parte fija y unida a la carcasa.3. El inducido, llamado rotor cuando se trata de motores de corriente alterna, consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado rotórico, que constituye la parte móvil del motor y resulta ser la salida o eje del motor.

PLACAS CARATERÍSTICAS DE LOS MOTORES

Las placas de datos o de identificación de los motores suministran una gran cantidad de información útil sobre diseño y mantenimiento. Esta información es particularmente valiosa para los instaladores y el personal electrotécnico de la planta, encargado del mantenimiento y reemplazo de los motores existentes. Durante la instalación, mantenimiento o reemplazo, la información sobre la placa es de máxima importancia para la ejecución rápida y correcta del trabajo

ELEMENTOS DE LA PLACA DEL MOTOR

1. Número de serie [SERIAL No. / I.D.]: Es el número exclusivo de cada motor o diseño para su identificación, en caso de que sea necesario ponerse en comunicación con el fabricante.

2.Tipo [TYPE]: Combinación de letras, números o ambos, seleccionados por el fabricante para identificar el tipo de carcasa y de cualquier modificación importante en ella.

3. Número de modelo [MODEL/ STYLE]: Datos adicionales de identificación del fabricante.

4. Potencia [HP]: La potencia nominal (hp) es la que desarrolla el motor en su eje cuando se aplican el voltaje y frecuencia nominales en las terminales del motor.

5. Armazón o Carcasa [FRAME]: La designación del tamaño de la armazón es para identificar las dimensiones del motor.

6. Factor de servicio [SERVISEFACTOR o SF]: Los factores de servicio más comunes son de 1.0 a 1.15. Un factor de 1.0 significa que no debe demandarse que el motor entregue más potencia que la nominal, si se quiere evitar daño al aislamiento. Con uno de 1.15 (o cualquiera mayor de 1.0), el motor puede hacerse trabajar hasta una potencia igual a la nominal multiplicada por el factor de servicio sin que ocurran daños al sistema de aislamiento.

7. Corriente [AMPS]: Indica la intensidad de la corriente que toma el motor al voltaje y frecuencia nominales, cuando funciona a plena carga.

8. Voltaje [VOLTS]: Valor de la tensión de diseño del motor, que debe ser medida en las terminales del motor, y no la de la línea.

9. Clase de aislamiento [INSULATION CLASS]: Se indica la clase de materiales de aislamiento utilizados en el devanado del estator.

10. Velocidad [RPM]: Es la velocidad de rotación (rpm) del eje del motor cuando se entrega la potencia nominal a la máquina impulsada.

11. Frecuencia [HERTZ o Hz]: Es la frecuencia eléctrica (Hz) del sistema de suministro para la cual está diseñado el motor.

12. Servicio o Uso [DUTY]: En este espacio se graba la indicación «intermitente» o «continuo». Esta última significa que el motor puede funcionar las 24 horas los 365 días del año, durante muchos años. Si es «intermitente» se indica el periodo de trabajo, lo cual significa que el motor puede operar a plena carga durante ese tiempo. Una vez transcurrido éste, hay que parar el motor y esperar a que se enfríe antes de que arranque de nuevo.

13. Temperatura ambiente [AMBIENT]: Es la temperatura ambiente máxima (°C) a la cual el motor puede desarrollar su potencia nominal sin peligro.

14. Número de fases [PHASE]: Número de fases para el cual está diseñado el motor, que debe concordar con el del sistema de suministro de energía eléctrica.

15. Letra de código [kVA]: En este espacio se inscribe el valor de kVA que sirve para evaluar la corriente máxima en el arranque.

16. Cojinetes o roles [D.E. BEARING] [OPP.D.E. BEARING]: En los motores que tienen cojinetes antifricción, éstos se identifican con sus números y letras correspondientes conforme a las normas de la Anti-Friction Bearing Manufacturers Association (AFBMA).

17. Secuencia de fases [PHASE SEQUENSE]: El que se incluya la secuencia de fases en la placa de identificación permite al instalador conectar, a la primera vez, el motor para el sentido de rotación especificado, suponiendo que se conoce la secuencia en la línea de suministro.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Un motor de corriente continua es aquel que trabaja o se alimenta de corriente continua.

Están formados generalmente por las siguientes partes:

• Inductor o estator (Arrollamiento de excitación): Es un electroimán formado por un número par de polos. Las bobinas que los arrollan son las encargadas de producir el campo inductor al circular por ellas la corriente de excitación.

• Inducido o rotor (Arrollamiento de inducido): Es una pieza giratoria formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de inducido, sobre el que actúa el campo magnético.

• Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas. +

• Escobillas: Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido.

Al girar el rotor, las escobillas van rozando con las delgas, conectando la bobina de inducido correspondiente a cada par de delgas con el circuito exterior.

FUNCIONAMIENTO

Un motor de corriente de continua basa su funcionamiento en la fuerza producida en un conductor a causa de la presencia de un campo magnético B sobre una intensidad de corriente eléctrica I. La expresión que la rige es:

Se obtendrá el valor máximo de fuerza cuando el campo magnético sea perpendicular al conductor y se tendrá una fuerza nula cuando el campo sea paralelo al flujo de corriente eléctrica donde 'l' es la longitud del conductor. El par motor M que se origina tiene un valorEsa fuente de campo magnético proviene del devanado inductor. Este es recibido por el devanado inductor, este inductor hace girar el rotor, el cual recibe la corriente eléctrica de la fuente mediante un colector y sistema de escobillas.El colector es básicamente un conmutador sincronizado con el rotor, que conmuta sus bobinas provocando que el ángulo relativo entre el campo del rotor y el del estator se mantenga, al margen de si el rotor gira o no, permitiendo de esta forma que el par motor sea independiente de la velocidad de giro de la máquina.Al recibir la corriente eléctrica e iniciar el giro comienza a producirse una variación en el tiempo del flujo magnético por los devanados, produciendo una Fem. inducida EB que va en sentido contrario a la Fem. introducida por la fuente, e.g, una batería.Esto nos da como resultado un valor de intensidad resultante:

Cuando el motor inicia su trabajo, este inicialmente está detenido, existiendo un valor de EB nulo, y teniéndose así un valor de intensidad retórica muy elevada que puede afectar el rotor y producir arcos eléctricos en las escobillas. Para ello se conecta una resistencia en serie en el rotor durante el arranque, excepto en los motores pequeños. Esta resistencia se calcula para que el motor de el par nominal en el arranque.

CLASIFICACIÓN

La clasificación de este tipo de motores se realiza en función de los bobinados del inductor y del inducido:

- Motores de excitación en serie.- Motores de excitación en paralelo.- Motores de excitación compuesta

MOTORES CORRIENTE ALTERNA

Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que funcionan con corriente alterna. Podemos clasificarlos de varias maneras, por su velocidad de giro, por el tipo de rotor y por el número de fases de alimentación:

1. Por su velocidad de giro.

1. Asíncronos. Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo magnético generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor.2. Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético del estator es igual a la velocidad de giro del rotor. Recordar que el rotor es la parte móvil del motor. Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una subclasificación: Motores síncronos trifásicos, Motores asíncronos sincronizados y Motores con un rotor de imán permanente.2. Por el tipo de rotor.

- Motores de anillos rozantes.- Motores con colector.- Motores de jaula de ardilla.

3. Por su número de fases de alimentación.

- Motores monofásicos.- Motores bifásicos.- Motores trifásicos.- Motores con arranque auxiliar bobinado.- Motores con arranque auxiliar bobinado y con condensador.

MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS

En un mantenimiento de motores eléctricos, adecuadamente aplicado, se debe inspeccionar periódicamente niveles de aislamiento, la elevación de temperatura (bobinas y soportes), desgastes, lubricación de los rodamientos, vida útil de los soportes, examinar eventualmente el ventilador, cuanto al correcto flujo de aire, niveles de vibraciones, desgastes de escobas y anillas colectoras.El descaso de uno de los items anteriores puede significar paradas no deseadas del equipo. La frecuencia con que deben ser hechas las inspecciones, depende del tipo del motor y de las condiciones locales de aplicación.La carcaza debe ser mantenida limpia, sin acumular aceite o polvo en su parte externa para facilitar el intercambio de calor con el medio.Limpieza.- Los motores deben ser mantenidos limpios, exentos de polvo, detritos y aceites. Para limpiarlos, se debe utilizar escobas o trapos limpios de algodón. Si el polvo no es abrasivo, se debe emplear un soplete de aire comprimido, soplando la suciedad de la tapa deflectora y eliminando todo el acumulo de polvo contenido en las aletas del ventilador y en las aletas de refrigeración

Mantenimiento preventivo

El mantenimiento preventivo consiste en una serie de trabajos que es necesario desarrollar para evitar que maquinaria pueda interrumpir el servicio que proporciona, básicamente, se divide en tres elementos fundamentales:1. Selección: El mantenimiento empieza en la selección del motor. El grado de selección y aplicación incorrecta de un motor puede variar ampliamente, por lo que es necesario, que se seleccione correctamente el tamaño apropiado del motor de acuerdo a la carga.2. Instalación: Los errores en la instalación de los motores pueden ser una de las causas de fallo. Algunas ocasiones, el tamaño de los tomillos o anclas de montaje y sujeción no es el apropiado, o bien se tienen problemas de alineación; lo que conduce a problemas de vibraciones con posibles fallas en las rodamientos o hasta en el eje del rotor.3. Montaje: Es posible que se seleccione correctamente al motor para su carga inicial, y que su instalación haya sido adecuada, sin embargo, un cambio en su carga o en el acoplamiento de accionamiento, se manifestará como una sobrecarga en el motor.Lubricación.- Para la buena lubricación se debe utilizar el aceite o grasa recomendado, en la cantidad correcta. Los distribuidores de lubricantes pueden ayudar si hay un problema con el grado de lubricante, y, en especial, para los cojinetes que requieren grasa para alta temperatura.Hay que quitar o expulsar toda la grasa vieja antes o durante la aplicación de la grasa nueva. El espacio total para grasa se debe llenar al 50% de su capacidad para evitar sobrecalentamiento por el batido excesivo.

Aislamientos.- Para los motores es primordial e insustituible el uso de aislantes, puesto que en sus propiedades se sabe que no son conductores de la electricidad, por lo que es de suma importancia su aplicación, ya que es necesario que el motor solo tenga contacto magnético y no eléctrico en algunas partes como entre los mismos devanados, es decir cada espira está aislada eléctricamente de las otras.Vibraciones.- Hay tendencia a asociar la vibración del motor al equilibrio de sus partes giratorias. Aunque es verdad que un desequilibrio del rotor propicia la vibración del motor, un motor equilibrado puede vibrar por diversas razones.En máquinas de corriente alterna, una causa de las vibraciones puede ser el desequilibrio magnético. Las fuerzas que actúan en el entrehierro entre el estator y el rotor tienden a aproximarlos y producen vibraciones con el doble de frecuencia de alimentación. Aunque en esas condiciones una pequeña vibración sea normal, una asimetría en el entrehierro puede reforzar esa vibración e incluso producir el ruido.

Conexiones eléctricas motores de corriente continua

En el motor serie o motor de excitación en serie, el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o del inductor es también la corriente del inducido absorbida por el motor.

En el motor shunt o motor de excitación en paralelo el bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar.

Los motores de excitación independiente son aquellos que obtienen la alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes

Existen dos posibilidades de conectar el estator de un motor trifásico a una red trifásica:En conexión triángulo, si disponemos de una red trifásica cuyo valor nominal coincide con la máxima tensión que pueden soportar las bobinas del motor.En conexión estrella, si la tensión de la red es 3 veces superior a la tensión que soportan las bobinas del motor.Representamos ambas conexiones en la siguiente figura, junto a cada una de ellas colocamos la disposición gráfica que justifica su nombre.Por este motivo todo motor trifásico tiene siempre dos tensiones de alimentación en su placa de características. Por ejemplo, 220 V/380 V o 380/ 660 V.

REBOBINADO DE MOTORES ELÉCTRICOS

El proceso de rebobinado comienza anotando todos los datos del mismo: Número de polos, número de fases, número de ranuras, diámetro del conductor, número de espiras, forma de las cabezas de las bobinas, clase de aislamiento.

Se prepara el estator para recibir las bobinas: En cada ranura se coloca un aislamiento entre los conductores de la bobina y el circuito magnético

Se observa un detalle del aislamiento del fondo de ranura y del cierre

Construcción de las bobinas: La construcción de las bobinas depende del tipo de bobinado utilizado y se realiza con una máquina bobinadora, la forma de los distintos moldes utilizados depende del tipo de bobinado adoptado

Bobinado concéntrico con tres bobinas por grupo

Construcción de las bobinas

La construcción de las bobinas depende del tipo de bobinado utilizado y se realiza con una máquina bobinadora, la forma de los distintos moldes utilizados depende del tipo de bobinado adoptado

Disposición de las bobinas para distintos tipos de bobinados a) Bobinados concéntricos, los conductores activos de una

fase son unidos por cabezas concéntricas b) Bobinados excéntricos, los conductores son unidos por

cabezas que resultan todas iguales

Introducción de la bobina en la ranura: Una vez introducida la bobina en la ranura se cierra con un aislante en forma de cuña

Se aislan los grupos de bobinas por medio de un cartón (presspan) a la medidaAmarre de las bobinas: Se pasa la cinta por

cada una de las ranuras del estator, primero por la parte donde no hay empalmes

Conexión de los grupos de bobinas: Por el otro lado del estator, se conectan, según el tipo de devanado utilizado, el principio y fin de cada grupo de bobinas para formar las fases. Cada principio y final se empalmará con un cable flexible para evitar su rotura.

Placa de bornes: Se conectan los principios y finales de cada fase a la placa de bornes, teniendo en cuenta el tipo de conexión triángulo o estrella. Aquí deben salir los cables flexibles, para evitar que se rompan.

Disposición de la bornera para conexión triángulo y estrella

Antes del montaje del motor se debe realizar una prueba de continuidad y medición de resistencia de los devanados de cada fase. Una diferencia puede poner en evidencia alguna conexión o soldadura deficiente Medición de resistencia de aislamiento: Realizada con un valor de tensión continua adecuado con el nivel de aislamiento del devanado, normalmente 500 a 5000 V durante 1 minuto.

Montaje de las tapas del motor y caperuza de protección del ventilador: Tener la precaución de montar las tapas en el mismo orden que tenían al principio y el apriete de los tornillos realizarlo en cruz. Una vez concluidas las pruebas anteriores, montado el motor se realizan las pruebas con tensión aplicada de acuerdo con las normas, para verificar la rigidez dieléctrica

NORMAS PARA DETECTAR AVERÍAS EN LOS MOTORES

NORMAS PARA DETECTAR AVERÍAS EN LOS MOTORES

Motor quemado por pico de tensión

Motor quemado Por rotor bloqueado

Cortocircuíto, fase a masa dentro de la ranura

Cortocircuíto entre espiras

Motor quemado por sobrecarga

Bobina Cortocircuitada