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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
NOMBRE DE LA MATERIA:
Maquinas Eléctricas
NOMBRE DEL MAESTRO:
José de Jesús Tejero Zapata
NOMBRE DEL ALUMNO:
Medrano Moreno Daniel
GRADO: GRUPO:
4° Cuatrimestre “D”
CARRERA:
T.S.U En Mantenimiento Industrial
NO. DE LA UNIDAD:
II
NOMBRE DE LA UNIDAD:
Motores
NOMBRE DE LA ACTIVIDAD:
Investigación
FECHA: 23 de Noviembre de 2015
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
PRINCIPIO DE OPERACIÒN DEL MOTOR ELÈCTRICO
Los motores eléctricos son dispositivos que transforman energía eléctrica en
energía mecánica. El medio de esta transformación de energía en los motores
eléctricos es el campo magnético. Existen diferentes tipos de motores eléctricos y
cada tipo tiene distintos componentes cuya estructura determina la interacción de
los flujos eléctricos y magnéticos que originan la fuerza o par de torsión del motor.
El principio fundamental que describe cómo es que se origina una fuerza por la
interacción de una carga eléctrica puntual q en campos eléctricos y magnéticos es
la Ley de Lorentz:
donde:
q : carga eléctrica puntual
: Campo eléctrico
: velocidad de la partícula
: densidad de campo magnético
En el caso de un campo puramente eléctrico la expresión de la ecuación se
reduce a:
La fuerza en este caso está determinada solamente por la carga q y por el campo
eléctrico . Es la fuerza de Coulomb que actúa a lo largo del conductor originando
el flujo eléctrico, por ejemplo en las bobinas del estátor de las máquinas de
inducción o en el rotor de los motores de corriente continua.
En el caso de un campo puramente magnético:
La fuerza está determinada por la carga, la densidad del campo magnético y la
velocidad de la carga . Esta fuerza es perpendicular al campo magnético y a la
dirección de la velocidad de la carga. Normalmente hay muchísimas cargas en
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movimiento por lo que conviene reescribir la expresión en términos de densidad de
carga y se obtiene entonces densidad de fuerza (fuerza por unidad de
volumen):
Al producto se le conoce como densidad de corriente (amperes por metro
cuadrado):
Entonces la expresión resultante describe la fuerza producida por la interacción de
la corriente con un campo magnético:
Este es un principio básico que explica cómo se originan las fuerzas en sistemas
electromecánicos como los motores eléctricos.
Sin embargo, la completa descripción para cada tipo de motor eléctrico depende
de sus componentes y de su construcción.
PARTES PRINCIPALES DE UN MOTOR ELÉCTRICO
Como todas las máquinas eléctricas, un motor eléctrico está constituido por un
circuito magnético y dos eléctricos, uno colocado en la parte fija (estator) y otro en
la parte móvil (rotor).
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Estator
Constituye la parte fija del motor. El estator es el elemento que opera como base,
permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del motor. El estator
no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos de
estatores:
a) Estator de polos salientes
b) Estator ranurado
El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al
silicio (se les llama “paquete”), que tienen la habilidad de permitir que pase a
través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los
devanados proveen los polos magnéticos. Los polos de un motor siempre son
pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener
un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).
RotorConstituye la parte móvil del motor. El rotor es el elemento de transferencia
mecánica, ya que de él depende la conversión de
energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un
conjunto de láminas de acero al silicio que
forman un paquete, y pueden ser básicamente
de tres tipos:
a) Rotor ranurado
b) Rotor de polos salientes
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c) c) Rotor jaula de ardilla
Bobinado
Recibe el nombre de bobinado el conjunto formado por las bobinas,
comprendiendo en esta expresión tanto los lados activos que están colocados en
el interior de las ranuras y las cabezas que sirven para unir los lados activos, como
los hilos de conexión que unen las bobinas entre sí como los que unen estas
bobinas con el colector o con la placa de bornas.
Carcasa
La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material
empleado para su fabricación depende del tipo de motor, de su diseño y su
aplicación. Así pues, la carcasa puede ser:
a) Totalmente cerrada
b) Abierta
c) A prueba de goteo
d) A prueba de explosiones
e) De tipo sumergible
Base
La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación
del motor, puede ser de dos tipos;
a) Base frontal b) Base lateral
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Caja de Conexiones
Por lo general, en la mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan con
caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los
conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica
del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.
Cojinetes
Contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias del motor. Se utilizan para
sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción, lo que contribuye a lograr
que se consuma menos potencia
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Placa de características
Cada motor debe contar con una placa de características, en idioma español,
fácilmente visible y firmemente sujeta al motor con remaches del mismo
material que las placas. Deben ser de acero inoxidable, la pintura del motor no
debe cubrirlas, la información debe ser grabada en el metal de las placas de tal
manera que pueda ser leída aunque desaparezcan la coloración e impresiones
de superficie.
La siguiente información o datos son los mínimos que debe llevar la placa de
datos y placas auxiliares, de cualquier motor de corriente alterna monofásico o
trifásico, en forma indeleble y en lugar visible.
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1. Nombre del fabricante.
2. Tamaño, forma de construcción.
3. Clase de corriente.
4. Clase de máquina; motor, generador, etc.
5. Número de fabricación.
6. Identificación del tipo de conexión del arrollamiento.
7. Tensión nominal.
8. Intensidad nominal.
9. Potencia nominal. Indicación en kW para motores y generadores de
corriente continua e inducción. Potencia aparente en kVA en
generadores síncronos.
10.Unidad de potencia, por ejemplo, kW.
11.Régimen de funcionamiento nominal.
12.Factor de potencia.
13.Sentido de giro.
14.Velocidad nominal en revoluciones por minuto revol/min.
15.Frecuencia nominal.
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16. “Err” excitación en máquinas de corriente continua y máquinas
síncronas. “Lfr” inducido para máquinas asíncronas.
17. forma de conexión del arrollamiento inducido.
18.Máquinas de cc y síncronas: tensión nominal de excitación. Motores de
inducido de anillos rozantes: tensión de parada del inducido (régimen
nominal).
19.Máquinas de cc y síncronas: corriente nominal de excitación. Motores de
inducido de anillos rozantes: intensidad nominal del motor.
20.Clase de aislamiento.
21.Clase de protección.
22.Peso en Kg o T.
23.Número y año de edición de la disposición VDE tomada como base.
La siguiente placa de características es de la casa comercial SIEMENS,
veamos que nos indica:
Leyendo los datos podemos observar:
· 3 ~, representa que es trifásico de corriente alterna.
· Mot. 1LA, motor y 1LA nos indica que es de jaula de ardilla este dato
solamente lo sabemos a través del catálogo.
· IP 55, protección mecánica, clase de protección al polvo y al agua.
· IM B5, es la forma
constructiva.
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· IEC/EN, es la norma europea (Internacional Electrotecnical
Comsion/Europeam Norm)
· TH.CI.F, es el tipo de aislamiento.
Leyendo los datos de la izquierda de la placa podemos observar:
· 50 Hz, como es lógico indica la frecuencia o ciclos por segundo.
· 230/400 V, la primera cifra indica que se debe conectar en triángulo en redes
de 230 v y la segunda cifra indica la conexión en estrella del motor en redes de
400 v.
· 1.5 Kw, señala la potencia mecánica o úitl desarrollada en el eje.
· 5,9/3.4 A, amperaje absorbido (es decir la intensidad de la potencia útil más la
intensidad de la potencia perdida en la máquina) por el motor en triángulo la
primera cifra y en estrella la segunda.
· Cos φ 0,81, coseno de fi de la máquina.
· 1420/min, son las revoluciones por minuto, es decir, la velocidad a la que gira
el eje del motor.
· 220-240/380-420 v, las primeras cifras es la conexión en triángulo y las
segundas cifras la conexión en estrella.
· 6.1-6.1/3.5-3.5 A, son los amperajes consumidos con respecto a las
conexiones anteriores, las primeras cifras en conexión triángulo y las segundas
cifras el consumo en la conexión estrella.
DIFERENCIAS ENTRE LOS MOTORES ELÉCTRICOS C.C Y C.A
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Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en energía mecánica en forma de
par de torsión (energía de rotación). Hay dos tipos de motores: los de corriente
continua (CC) y de corriente alterna (CA), que difieren tanto en el tipo de energía
eléctrica que utilizan y en cómo generan el par de torsión. Los motores de
corriente continua se inventaron antes, pero se usan con menos frecuencia hoy en
día. Los motores de corriente alterna tiene un diseño más simple y se utilizan en la
mayoría de los aparatos y equipos industriales.
EstructuraAmbos motores, CA y CC, contienen dos componentes esenciales: un estator y un
rotor. Una corriente eléctrica crea el par de torsión cuando se mueve dentro de un
campo magnético, de acuerdo con la Ley de Faraday. En un motor de corriente
continua, el rotor recibe una corriente continua y un conmutador invierte la
corriente cuando el rotor gira en un campo estacionario magnético creado por un
imán permanente en el estator. En un motor de CA, el rotor recibe una corriente
inducida alterna y el estator es un campo magnético inducido.
MecánicaLa ventaja de los motores de corriente continua es que puedes ajustar la velocidad
simplemente mediante el aumento de la tensión. Sin embargo, los motores de
corriente continua tienen un diseño más complejo, requiriendo cepillos para
transferir energía a las partes móviles y un conmutador para invertir
periódicamente la tensión. Estas piezas se desgastan con el tiempo debido a la
fricción y, finalmente, deben ser reemplazados. Los motores de corriente alterna
tienen un diseño más simple, pero funcionan a velocidades fijas y no pueden
operar a bajas velocidades.
CLASIFICACION DE MOTORES DE C.C Y C.A
Motor de 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.
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1.-Por su velocidad de giro.
1. Asíncrono. Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo
magnético generado por el estártor supera a la velocidad de giro del rotor.
2. Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo
magnético del estàrtor es igual a la velocidad de giro del motor. 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. 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.
Motor de corriente continua.
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.
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DISPOSITIVOS DE CONTROL
Un dispositivo de control eléctrico es una pareja de terminales separados en la
reja, uno de esas terminales contiene un contacto fijo dentro: un de contacto móvil
conectado al otro terminal, y que se extiende desde ser movible a las posiciones
de contacto cerrado contacto abierto respecto al contacto fijo, una corriente que es
movible dentro de la caja entre una. posición enganchada y una posición tiene
sobre ella los medios de empestillado para enganche, la corredera en la posición
enganchada de la misma, está solicitada por resorte hacia dicha posición suelta, y
contiene medios de accionamiento de contacto en cooperación con el miembro de
contacto movible para efectuar el movimiento del mismo desde una posición
normal a una posición de accionamiento cuando la corredera se mueve desde la
posición enganchada a la posición suelta de la misma; miembros de reposición
accionables a mano para rectangular la corredera desde la posición suelta a la
posición enganchada y con ello permitir el retorno del miembro de contacto
movible a su posición normal por lo menos una unidad polar desde el paso de
una sobre corriente por la unidad polar; y medios asociados a los medios de
enganche para efectuar el desenganche de la corredera por la desviación del
elemento bimetálico.
DIODO
Uno de los dispositivos electrónicos más sencillos que existen, pero no menos
importante es el diodo. Sus características son muy similares a las de un
interruptor sencillo y este, aparece en una amplia cantidad de aplicaciones, que
van desde las más sencillas a configuraciones realmente complejas.
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TIRISITOR DE DOS HILOS (PN PN)
El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo
PNPN entre los mismos. Por tanto se puede modelar como 2 transistores típicos
PNP y NPN, por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión
realimentada. Se crean así 3 uniones (denominadas J1, J2, J3 respectivamente),
el terminal de puerta está conectado a la unión J2 (unión NP).
TIRISTOR DE TRES HILOS (SCR)
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El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) es
un tipo de tiristor formado por cuatro capas de materialsemiconductor con
estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión
de Tiratrón (tyratron) y Transistor.
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la
encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona
básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la
corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta
del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha
tensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente alterna el SCR se
desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se
necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.
Símbolo del SCR.
TIRISTOR DE INTERRUPCIÒN POR PUERTA (GTO)
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Un Tiristor GTO o simplemente GTO (del inglés Gate Turn-Off Thyristor) es un
dispositivo de electrónica de potencia que puede ser encendido por un solo pulso
de corriente positiva en la terminal puerta o gate (G), al igual que el tiristor normal;
pero en cambio puede ser apagado al aplicar un pulso de corriente negativa en el
mismo terminal. Ambos estados, tanto el estado de encendido como el estado de
apagado, son controlados por la corriente en la puerta (G).
El proceso de encendido es similar al del tiristor. Las características de apagado
son un poco diferentes. Cuando un voltaje negativo es aplicado a través de las
terminales puerta (G) y cátodo (C o K), la corriente en la puerta (ig), crece. Cuando
la corriente en la puerta (G) alcanza su máximo valor, IGR, la corriente de ánodo
comienza a caer y el voltaje a través del dispositivo (VAK), comienza a crecer. El
tiempo de caída de la corriente de ánodo (IA) es abrupta, típicamente menor a 1
us. Después de esto, la corriente de ánodo varía lentamente y ésta porción de la
corriente de ánodo es conocido como corriente de cola.
DIAC
El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un
dispositivo semiconductor de dos conexiones. Es un diodo bidireccional
disparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado
su tensión de disparo, y mientras la corriente circulante no sea inferior al
valor característico para ese dispositivo. El comportamiento es
fundamentalmente el mismo para ambas direcciones de la corriente. La
mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo de alrededor de 30 V.
En este sentido, su comportamiento es similar a una lámpara de neón.
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TRIAC
Un TRIAC o Triodo para Corriente
Alterna es un
dispositivo semiconductor, de la familia
de los transistores. La diferencia con
un tiristor convencional es que éste es
unidireccional y el TRIAC es
bidireccional. De forma coloquial
podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente
alterna.
Su estructura interna se asemeja en cierto
modo a la disposición que formarían
dos SCR en direcciones opuestas.
TRANSFORMADOR
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o
disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo
la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador
ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas
reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y
tamaño, entre otros factores.
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TRANSITOR DE POTENCIA (PIR)
El funcionamiento y utilización de los transistores de potencia es idéntico al
de los transistores normales, teniendo como características especiales las
altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las
altas potencias a disipar.
TRANSITOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT)
El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar
Transistor) es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como
interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia. Este dispositivo
posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto
campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de
saturación del transistor bipolar, combinando una puerta
aislada FET para la entrada de control y un transistor
bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito
de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras
que las características de conducción son como las del
BJT.