MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

Presentación del tema: "MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA"— Transcripción de la presentación:

1 MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

2 Introducción Se diseñan dos tipos básicos de motores para funcionar con corriente alterna polifásica: los motores síncronos.- es en esencia un alternador trifásico que funciona a la inversa. los motores de inducción (asíncronos). motores universales.- Los motores de baterías en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna.

3 Constitución del motor de corriente alterna
Circuito magnético La parte fija del circuito magnético (estator) es un anillo cilíndrico de chapa magnética ajustado a la carcasa que lo envuelve.

4 Circuitos eléctricos Los dos circuitos eléctricos van situados uno en las ranuras del estator (primario) y otro en las del rotor (secundario), que esta cortocircuitado. El rotor en cortocircuito puede estar formado por bobinas que se cortocircuitan en el exterior de la maquina directamente o mediante reóstatos; o bien, puede estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras, que han de ser cuidadosamente soldadas a dos anillos del mismo material, llamados anillos de cortocircuito.

5 Características Constructivas de los motores de corriente alterna
Carcasa.- función principal es la de apoyar y proteger el motor. Estator .- Constituido por un paquete laminado de chapas de acero silicio de alta calidad, con ranuras para alojar el devanado

6 Rotor.- Puede Ser : Bobinado.- Los devanados del rotor son similares al estator con el que está asociado. El numero de fases del rotor no tiene porque ser el mismo que el del estator, lo que si tiene que ser igual es el numero de polos. Jaula de ardilla.- Los extremos de estos conductores están cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexión del devanado del motor con el exterior. La posición inclinada de las ranuras mejora las propiedades de arranque y disminuyen el ruido.

7 Cojinetes.- Pueden ser :
Cojinetes de rodamiento  Estos cojinetes están normalmente constituidos por rodamiento de esferas o de rodillos cilíndricos, dependiendo de la rotación y de los esfuerzos axiales y radiales a los que son sometidos Cojinetes de deslizamiento Los cojinetes de deslizamiento pueden tener lubricación natural (auto-lubricables) o lubricación forzada (lubricación externa)

8 Formas de arranque de motor de corriente alterna
Motores Asíncronos Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula: Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante los métodos de arranque directo o a tensión reducida

9 Arranque directo de motores asincrónicos con rotor en jaula:
Se dice que un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se aplica directamente la tensión nominal a la que debe trabajar. Si el motor arranca a plena carga, el bobinado tiende a absorber una cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que hace que las líneas de alimentación incrementen considerablemente su carga y como consecuencia directa se produzca una caída de tensión.

10 Arranque a tensión reducida de motores asincrónicos con rotor en jaula:
Este método se utiliza para motores que no necesiten una gran fuerza de arranque. El método consiste en producir en el momento del arranque una tensión menor que la nominal en los arrollamientos del motor. Al reducirse la tensión se reduce proporcionalmente la corriente, la intensidad del campo magnético y la fuerza motriz. Entre los métodos de arranque por tensión reducida más utilizados podemos mencionar el de arrancador estrella-triángulo, el de autotransformador de arranque y el de arrancador electrónico.

11 Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula por conmutación estrella-triángulo: Finalmente digamos que el dispositivo estrella-triángulo tiene el inconveniente de que la fuerza de arranque que se obtiene a veces no es suficiente para hacer arrancar máquinas con mucho momento de inercia, en cuyo caso se utilizan los dos métodos que se describen a continuación. Ambos permiten conectar motores trifásicos con motor de jaula, los cuales traccionan, por ejemplo, bombas sumergibles.

12 Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula por autotransformador de arranque:
El autotransformador de arranque es un dispositivo similar al estrella-triángulo, salvo por el hecho de que la tensión reducida en el arranque se logra mediante bobinas auxiliares que permiten aumentar la tensión en forma escalonada, permitiendo un arranque suave. Su único inconveniente es que las conmutaciones de las etapas se realizan bruscamente, produciendo en algunas ocasiones daños perjudiciales al sistema mecánico o a la máquina accionada. Por ejemplo, desgaste prematuro en los acoplamientos (correas, cadenas, engranajes o embragues de acoplamiento) o en casos extremos roturas por fatiga del eje o rodamientos del motor, producidos por los grandes esfuerzos realizados en el momento del arranque.

13 Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula por dispositivos electrónicos:
Los arrancadores electrónicos son una mejor solución que los autotransformadores gracias a la posibilidad de su arranque suave, permitiendo un aumento en la vida útil de todas las partes involucradas. Los mismos consisten básicamente en un convertidor estático alterna-continua-alterna o alterna-alterna, generalmente de tiristores, que permiten el arranque de motores de corriente alterna con aplicación progresiva de tensión, con la consiguiente limitación de corriente y par de arranque. En algunos modelos también se varía la frecuencia aplicada.

14 Arranque de motores asincrónicos con rotor bobinado
En un motor asincrónico, la velocidad a la que se produce la máxima cupla es función de la resistencia del circuito rotórico. En particular, la máxima fuerza de arranque se tiene cuando dicha resistencia es aproximadamente igual a la reactancia del motor. En los motores de corriente alterna con rotor bobinado, para efectuar el proceso de puesta en marcha se instala un reóstato de arranque conectado a los anillos rozantes del motor de manera de aumentar a voluntad la resistencia rotórica total.

15 Arranque de motores sincrónicos
Una máquina sincrónica "pura" no tiene par de arranque. Por lo tanto, en general se fabrican de forma de que pueda desarrollar un suficiente par de inducción para el arranque por medio de jaulas auxiliares, hasta una velocidad próxima al sincronismo en la que la corriente de excitación desarrolle un par de sincronización conveniente. Cuando se necesita un par de arranque muy elevado, los bobinados de arranque (amortiguadores) se disponen con anillos rozantes para intercalar resistencias externas.

16 Arranque de un Motor Trifásico Síncrono
Existen cuatro tipos de arranques diferentes para este tipo de motor: Como un motor asíncrono. Como un motor asíncrono, pero sincronizado. Utilizando un motor secundario o auxiliar para el arranque. Como un motor asíncrono, usando un tipo de arrollamiento diferente: llevará unos anillos rozantes que conectarán la rueda polar del motor con el arrancador.

17 Frenado de un Motor Trifásico Síncrono
Por regla general, la velocidad deseada de este tipo de motor se ajusta por medio de un reóstato. El motor síncrono, cuando alcance el par crítico, se detendrá, no siendo esta la forma más ortodoxa de hacerlo. El par crítico se alcanza cuando la carga asignada al motor supera al par del motor. Esto provoca un sobrecalentamiento que puede dañar el motor. La mejor forma de hacerlo, es ir variando la carga hasta que la intensidad absorbida de la red sea la menor posible, y entonces desconectar el motor. Otra forma de hacerlo, y la más habitual, es regulando el reóstato, con ello variamos la intensidad y podemos desconectar el motor sin ningún riesgo.

18 Formas de conexión de bobinado de un motor de corriente alterna
La placa de características de un motor trifásico da el valor máximo de la tensión a que se puede conectar el motor a la red eléctrica. Estrella.- Un motor conectado en estrella soporta la tensión más alta que indica la placa, en tanto que en Triángulo.- la tensión máxima a que se puede conectar es la más baja indicada en dicha placa de características. Con las corrientes absorbidas ocurre justo lo contrario, correspondiendo la corriente más alta a la conexión triángulo. Para cambiar el sentido de giro de un motor basta con intercambiar dos de las fases de alimentación

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20 Estrella triangulo La conexión en estrella y triángulo en un circuito para un motor trifasico, se emplea para lograr un rendimiento óptimo en el arranque de un motor. Caso practico los motores que poseen mucha carga mecánica, como el ejemplo anterior, les cuesta comenzar a girar y terminar de desarrollar su velocidad final. Para ello, se cuenta con la conexión estrella-triángulo o estrella-delta.

21 Según la figura en conexión estrella sobre una red de 230(V) cada devanado soporta 127 (V), con lo cual el estator genera un campo giratorio de menos inducción, el motor es débil y la curva de par presenta valores más bajos a la misma velocidad. Se puede demostrar que el par de arranque se reduce un tercio. Respecto a la corriente de arranque esta también se reduce un tercio; recuerda uno de los “dogmas” del trifásico que estudiaste: “tres impedancias en triángulo consumen el triple de corriente de línea que en estrella, a la misma tensión de red”. La tensión de la red es la misma se arranque el motor en estrella-triángulo o directamente en triángulo, con lo que en estrella la IA es tres veces más pequeña.

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23 Motores De Inducción (Asíncrono)
Hoy en día se puede decir que más del 80% de los motores eléctricos utilizados en la industria son de este tipo, trabajando en general a velocidad prácticamente constante. No obstante, y gracias al desarrollo de la electrónica de potencia (inversores y cicloconvertidores), en los últimos años está aumentando considerablemente la utilización de este tipo de motores a velocidad variable.

24 La diferencia del motor asíncrono con el resto de los motores eléctricos radica en el hecho de que no existe corriente conducida a uno de sus devanados (normalmente al rotor). La corriente que circula por el devanado del rotor se debe a la fuerza electromotriz inducida en él por el campo giratorio

25 Conceptos básicos de los motores de inducción
La velocidad de rotación del campo magnético El voltaje inducido Donde   es la frecuencia del sistema, en Hz, y   es el número de par de polos en la máquina. Estando así la velocidad dada en revoluciones por minuto (rpm). v: Velocidad de la barra en relación con el campo magnético B: Vector de densidad de flujo magnético l: Longitud del conductor en el campo magnético x: representa la operación "producto vectorial"

26 Como funciona un motor asíncrono
El motor asincrónico funciona según el principio de inducción mutua de Faraday. Al aplicar corriente alterna trifásica a las bobinas inductoras, se produce un campo magnético giratorio, conocido como campo rotante, cuya frecuencia será igual a la de la corriente alterna con la que se alimenta al motor.

27 Características industriales de los motores asíncronos
El motor  arranca como un motor de repulsión sobre su característica de repulsión produciendo un par de alrededor de tres acuarto veces el par nominal al acelerar el rotor la frecuencia del rotor y la reactancia del devanado jaula de baja resistencia disminuye y por el circula más corriente para una determinada carga del rotor Ventajas Elevado par de arranque. Regulación de velocidad. Capacidad de desarrollar par bajo la aplicación de bruscas y fuertes cargas de inestabilidad.

28 Campos de aplicación de los motores asíncronos
Tipo 1: La mayoría de las aplicaciones: bombas centrífugas, ventiladores, compresores sin carga. - Tipo 2: Máquinas herramienta: tornos, sierras, fresadoras, etc... - Tipo 3: Compresores, bombas oscilantes, transportadores cargados. - Tipo 4: Prensas punzadoras de alta velocidad. - Tipo 5: Prensas de estirado, plegadoras. - Tipo 6: Grúas, elevadores. - Tipo 7: Extractores.

29 Motor Síncrono Su velocidad de giro es constante y depende de la  frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectada y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo". Dentro de la familia de los motores síncronos debemos distinguir:  - Los motores síncronos. - Los motores asíncronos sincronizados. - Los motores de imán permanente.

30 Conceptos básicos de los motores de asíncronos
Velocidad de sincronismo Donde: f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz) P: Número de pares de polos que tiene la máquina p: Número de polos que tiene la máquina n: Velocidad de sincronismo de la máquina (rpm)

31 Tipos de motores síncronos
Motores sincrónicos para atmósferas explosivas Se fabrican con características de seguridad específicas, aptos para operar en locales donde productos inflamables son continuamente manipulados, procesados o almacenados. Son suministrados con tipos de protección Ex-n (no encendible) y Ex-p (presurizado)

32 Velocidad fija Las aplicaciones de motores sincrónicos con velocidad fija se justifican por los bajos costos operacionales, una vez que presentan un alto rendimiento y pueden ser utilizados como compensadores sincrónicos para corrección del factor de potencia. Velocidad variable Aplicaciones de alto torque con baja rotación y un largo rango de ajuste de velocidad.. Debido al mayor rendimiento, menor tamaño y mayor capacidad de potencia, pueden substituir motores de corriente continua en aplicaciones de alta performance.

33 Características principales de los motores síncronos
Corrección del factor de potencia Los motores sincrónicos pueden ayudar a reducir los costos de energía eléctrica y mejorar el rendimiento del sistema de energía, corrigiendo el factor de potencia en la red eléctrica donde están instalados. En pocos años, el ahorro de energía eléctrica puede igualarse al valor invertido en el motor. Velocidad constante Los motores sincrónicos mantienen la velocidad constante tanto en las situaciones de sobrecarga como durante momentos de oscilaciones de tensión, respetándose los límites del conjugado máximo

34 Alto rendimiento  En la conversión de energía eléctrica en mecánica es más eficiente, generando mayor ahorro de energía. Los motores sincrónicos son proyectados para operar con alto rendimiento en un amplio rango de velocidad y para proveer un mejor aprovechamiento de energía para una gran variedad de cargas. Alta capacidad de torque Los motores sincrónicos son proyectados con altos torques en régimen, manteniendo la velocidad constante, incluso en aplicaciones con grandes variaciones de carga. Mayor estabilidad en la utilización con convertidores de frecuencia Puede actuar en un amplio rango de velocidad, manteniendo la estabilidad independiente de la variación de carga (ej. laminadoras, extrusoras de plástico, etc.).

35 Aplicaciones Los motores sincrónicos son fabricados específicamente para atender las necesidades de cada aplicación. Minería (moledoras, molinos, cintas transportadoras y otros) Siderurgia (laminadores, ventiladores, bombas y compresores) Papel y celulosa (extrusoras, picadoras, desfibradoras, compresores y refinadoras) Saneamiento (bombas) Química y petroquímica (compresores, ventiladores, extractores y bombas) Cemento (moledoras, molinos y cintas transportadoras) Goma (extrusoras, molinos y mezcladoras)

36 Motores universales Los motores universales trabajan con voltajes de corriente continua o corriente alterna. El circuito eléctrico es muy simple, tiene solamente una vía para el paso de la corriente, porque el circuito está conectado en serie. Su potencial es mayor por tener mayor flexibilidad en vencer la inercia cuando está en reposo, o sea, tiene un par de arranque excelente, pero tiene una dificultad, y es que no está construido para uso continuo o permanente. Se utiliza en sierra eléctrica, taladro, utensilios de cocina, ventiladores, sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad con cargas débiles o pequeñas fuerzas.

37 Ensayos Antes de lanzar los modelos de motores al mercado se comprueban sus características, con el fin de incluirlas tras su comprobación empírica en la hoja de especificaciones del motor. Los motores son ensayados de acuerdo con las normas NBR, IEC, NEMA, IEEE y API Se realizan en modernos laboratorios capacitados para testear motores de media y alta tensión con potencia de hasta kVA y tensiones hasta V, con monitoreo totalmente informatizado y control de alta precisión.

38 a) Ensayos normales para todos los motores:  
- Medida de resistencia en continua de las fases del estator. - Medida de la resistencia en continua de las fases del rotor (para el caso de rotor bobinado). - Rigidez dieléctrica del devanado del estator. - Rigidez dieléctrica del devanado del rotor (para el caso de rotor bobinado). - Chequeo de la secuencia de fases en la caja de bornes de la máquina. - Nivel de aislamiento devanado estator. - Nivel de aislamiento devanado rotor (para el caso de rotor bobinado).

39 b) Ensayos adicionales para motores tipo:
- Ensayo de calentamiento. - Rendimiento por suma de pérdidas. - Curva característica de cortocircuito a tensión reducida. - Curva característica de vacío. c) Ensayos especiales bajo pedido: - Medida del par durante el arranque. - Medida de ruidos. - Medida de vibraciones. - Medida del factor de pérdidas del aislamiento de los devanados. - Otros.

40 Datos de motores industrialmente disponibles
los fabricantes indican los siguientes datos: - Tipo y tamaño constructivo. - Clase de protección. - Potencia. - Tensión. - Valores nominales de otras magnitudes características. - Relación par de arranque/par nominal e intensidad de arranque/intensidad nominal. Otros datos adicionales, en su caso (por ejemplo: peso, momento de inercia, clase de aislamiento, etc.). En los motores de rotor bobinado suele darse también la fuerza electromagnética entre los anillos del rotor, a rotor parado y abierto

41 GRACIAS