Motores de fase partida (página 2)

Los escudos o placas térmicas, están
fijados a la carcasa del estator por medio de tornillos o pernos;
su misión principal es mantener el eje del rotor en
posición invariable. Cada escudo tiene un orificio central
previsto para alojar el cojinete, sea de bolas o de
deslizamiento, donde descansa el extremo correspondiente del eje
rotorico. Los dos cojinetes cumplen las siguientes funciones:
sostener el peso del rotor, mantener a este exactamente centrado
en el interior del estator, permitir el giro del rotor con la
mínima fricción y evitar que el rotor llegue a
rozar con el estator.

d.- INTERRUPTOR CENTRIFUGO

El interruptor centrífugo va montado en el
interior del motor. Su misión es desconectar el
arrollamiento de arranque en cuanto el rotor ha alcanzado una
velocidad predeterminada. El tipo más corriente consta de
dos partes principales, una fija y otra giratoria. La parte fija
está situada por lo general en la cara interior del escudo
frontal del motor y lleva dos contactos, por lo que su
funcionamiento es análogo al de un interruptor unipolar.
En algunos motores modernos la parte fija del interruptor
está montada en el interior del cuerpo del estator. La
parte giratoria va dispuesta sobre el rotor.

El funcionamiento de un interruptor es el siguiente:
mientras el rotor esta en reposo o girando apoca velocidad, la
presión ejercida por la parte móvil del interruptor
mantiene estrechamente cerrados los dos contactos de la parte
fija. Cuando el rotor alcanza aproximadamente el 75 % de su
velocidad de régimen, la parte giratoria cesa de presionar
sobre dichos contactos y permite por tanto que se separen, con lo
cual el arrollamiento de arranque queda automáticamente
desconectado de la red de alimentación.

Figura nº 3. Interruptor
centrifugo.

e.- ARROLLAMIENTO DE JAULA DE ARDILLA

Se compone de una serie de barras de cobre de gran
sección, que van alojadas dentro de las ranuras del
paquete de chapas rotorico; dichas barras están soldadas
por ambos extremos a gruesos aros de cobre, que las cierran en
cortocircuito. La mayoría de los motores de fase partida
llevan, sin embargo, un arrollamiento rotorico con barras y aros
de aluminio, fundido de una sola pieza.

f.- ARROLLAMIENTOS ESTATORICOS

Son los siguientes:

Un arrollamiento de trabajo o principal, a base de
conductor de cobre grueso aislado, dispuesto generalmente en el
fondo de las ranuras estatoricas y un arrollamiento de arranque o
auxiliar, a base de conductor de cobre fino aislado, situado
normalmente encima del arrollamiento de trabajo. Ambos
arrollamientos están unidos en paralelo. En el momento del
arranque uno y otro se hallan conectados a la red de
alimentación, cuando el motor ha alcanzado aproximadamente
el 75% de su velocidad de régimen, el interruptor
centrifugo se abre y deja afuera y deja fuera de servicio el
arrollamiento de arranque; el motor sigue funcionando entonces
únicamente con el arrollamiento de trabajo
principal.

Durante la fase de arranque, las corrientes que circulan
por ambos arrollamientos crean un campo magnético
giratorio en el interior del motor. Este campo giratorio induce
corrientes en el arrollamiento rotorico, las cuales generan a su
vez otro campo magnético. Ambos campos magnéticos
reaccionan entre si y determinan el giro del rotor. El
arrollamiento de arranque solo es necesario para poner en marcha
el motor, es decir, para engendrar el campo giratorio. Una vez
conseguido el arranque del motor ya no se necesita más, y
por ello es desconectado de la red por medio del interruptor
centrífugo.

Figura nº 4. Enrollamientos
principales

Funcionamiento

Los motores monofásicos de fase partida tienen
solo una fase de alimentación, no poseen campo giratorio
como en los polifásicos, pero si tienen un campo
magnético pulsante, esto impide que se proporcione un
torque en el arranque ya que el campo magnético inducido
en el rotor está alineado con el campo del estator. Para
solucionar el problema del arranque es que se utiliza un bobinado
auxiliar que son dimensionados adecuadamente y posicionados de
tal forma que se crea una fase ficticia, permitiendo de esta
manera la formación de un campo giratorio necesario en la
partida.

El arrollamiento auxiliar crea un desequilibrio de fase
produciendo el torque y aceleración necesarios para la
rotación inicial. Cuando el motor llega a tener una
velocidad determinada la fase auxiliar se desconecta de la red a
través de una llave que normalmente actúa por una
fuerza centrífuga (llave centrífuga),
también puede darse el caso que es reemplazado por un
relé de corriente o una llave externa. Como el bobinado
auxiliar es dimensionado solo para el arranque, si no se
desconecta se quemará. Se fabrica hasta 1 CV. El
ángulo de desfasaje entre las corrientes de los bobinados
de trabajo y arranque es reducido, es por ésta
razón que éstos motores tienen un torque de
arranque igual al nominal o ligeramente superior al nominal
limitando su aplicación a cargas mucho más
exigentes.

Figura nº 5. Circuito
eléctrico de un motor de fase partida

Para el caso que nos ocupa, el devanado de arranque (DA)
tiene menos número de espiras de alambre fino, por lo que
su resistencia es elevada y su reactancia resulta reducida. El
devanado de marcha (DM), por lo contrario, tiene muchas espiras
de alambre mucho más grueso, siendo su resistencia mucho
más baja y su reactancia más elevada, es decir, que
ante un voltaje referencial, las corrientes que circulan por cada
uno de los dos devanados no estarán en fase por las
marcadas diferencias en los aspectos constructivos. Por el
devanado de marcha siempre tiende a circular una corriente de
mayor magnitud que aquella que circula por el devanado de
arranque. Sin embargo, dado el desfase existente entre ambas
corrientes y dado el desfase espacial de los dos devanados, al
conectar el motor, realmente se generará un campo
magnético bifásico que permitirá el
desarrollo de un torque de arranque resultante no nulo, que a su
vez permitirá que el motor parta del reposo. El sentido de
aceleración siempre será el mismo sentido en que
gire el campo magnético giratorio producido por ambas
corrientes, de tal forma que, este tipo de motor es considerado
como no reversible pero sí inversible (requiere
desconexión total de la fuente y Acciones
conectivas).

Figura nº 6. Diagrama fasorial de
corrientes y tensiones en el MFP.

Con el fin de poder desconectar el devanado de arranque,
después de cumplida su función, se ha ideado un
interruptor de acción mecánica (IC), cuyo estado
cambia por la acción de la fuerza centrífuga. Al
arrancar el motor este IC debe abrirse más o menos cuando
el deslizamiento (s) haya alcanzado el valor del 25 %.
Naturalmente que el IC permanece cerrado durante el reposo y se
abre después de haber alcanzado un 75 % (s= 0.25) de la
velocidad nominal por dos razones, a saber: el torque
desarrollado por el campo giratorio en el DM es mayor que el
torque desarrollado por ambos devanados a un valor de s del 15 %
y por lo tanto, los dos devanados nunca deben permanecer
conectados al alcanzar el motor el 85 % de la velocidad nominal,
al quedar conectado sólo el DM, la corriente total que
durante el arranque es igual a la suma fasorial de las dos
corrientes, se ve reducida a la corriente circulando
únicamente por el DM, por lo que, las pérdidas por
efecto Joule se verán reducidas. Este IC puede ser
sustituido por interruptor de estado sólido (triac) o por
un relevador de contactos magnéticos.

Si al arrancar el motor, el IC no se abre, el excesivo
calor generado por la alta resistencia del DA hará que la
temperatura del estator aumente, pudiendo llegar a quemarse sus
devanados. Tal y como ya se afirmó, una vez que el motor
acelera y alcanza el 75 % de su velocidad nominal, el IC se abre,
de tal forma que la corriente tomada de la red disminuye
drásticamente, pudiendo comprobarse el funcionamiento
normal del IC hasta con una pinza o gancho
amperimétrico.

Rebobinado de un
motor de fase partida

Cuando un motor deja de funcionar correctamente,
conviene seguir una norma definida para determinar las
reparaciones que exige su nueva puesta en marcha. Las pruebas
necesarias para identificar y localizar las posibles
averías de un motor se detallan a
continuación.

• Ante todo inspeccionar visualmente el motor con
  objeto de descubrir averías de índole
  mecánico.

• Comprobar si los cojinetes están en buen
  estado. Para ello se intenta mover el eje hacia arriba y
  hacia abajo dentro de cada cojinete.

• Verificar si algún punto de los
  arrollamientos de cobre están en contacto con los
  núcleos de hierro estatórico o
  retórico.

• Una vez comprobado que el rotor gira sin dificultad
  la prueba siguiente consiste en poner la prueba en
  marcha.

Si existe algún defecto interno en el motor puede
ocurrir que salten los fusibles, que comience a humear, que gire
lentamente con ruido o permanezca estático. Cualquier de
estos síntomas es indicio seguro de que existe una
avería interna. Si las pruebas demuestran que los
arrollamientos están quemados, es preciso rebobinar el
motor para dejarlo nuevamente en condiciones de
servicio.

Obs.: antes de desmotar el motor conviene marcar con un
punzón los escudos y la carcasa, de tal forma de volver a
montar mas tarde en el lado correcto.

Figura nº 7. Motor de fase
partida

La reparación de un motor de fase partida con un
arrollamiento averiado comprende varias operaciones
independientes, las más importantes de las cuales
tenemos

• Toma de datos

• Extracción del arrollamiento
  defectuoso

• Aislamiento de las ranuras

• Rebobinado conexión del nuevo
  arrollamiento

• Verificación eléctrica del
  mismo

• Secado e impregnación

a.- TOMA DE DATOS:

Consiste en anotar cuidadosamente los datos esenciales
relativos al arrollamiento primitivo. Lo mejor es tomar el mayor
número posible de datos antes de proceder a la
extracción del arrollamiento averiado.

La información que debe reunirse
comprende:

• Los datos que figuran en la placa
  característica del motor

• El numero de polos

• El paso de la bobina (el número de ranuras
  abarcado por cada bobina)

• El numero de espira por cada bobina

• El diámetro del conductor de cobre en cada
  arrollamiento

• La clase de conexión de bobinas (serie o
  paralelo)

• El tipo de bobinado (a mano, con molde o en
  madejas)

• Clase y dimensiones del aislamiento de las
  ranuras

• Numero de ranuras

Los datos que anteceden deben anotarse claramente, pues
algún error relativo al arrollamiento original,
entorpecería la labor del operario encargado de ejecutar
el rebobinado, con la consiguiente pérdida de
tiempo.

Se anotara en una hoja de datos como en la que se
ve:

La placa característica de un motor
monofásico debería contener los datos
siguientes:

• Tipo y cifra clave según las designaciones
  del fabricante

• Potencia nominal

• Duración de servicio

• Calentamiento admisible

• Numero de rebobinaciones por minuto a plena
  carga

• Frecuencia

• Numero de fases

• Tensión nominal

• Corriente a plena carga

• Letra clave

• Letra característica del diseño (en
  caso de motores de potencia no inferiores a 1CV)

• Factor de sobrecarga

• La designación (protegido
  terminacamente)

En la figura muestra el estator de un motor de fase
partida visto de frente, los arrollamientos se hallan alojados en
32 ranuras y cada una de ellos esta subdividido en 4 secciones,
polos o grupos. Para saber el número de polos de un motor
basta contar el número de secciones de su arrollamiento de
trabajo.

Figura nº 8. Ranuras estatoricas
de un MFP.

En los motores de inducción la velocidad queda
determinada por el número de polos a una cierta
frecuencia, como es nuestro caso, los peruanos, que trabajamos a
una frecuencia de 60Hz. Se da con la siguiente
ecuación:

Para la frecuencia que trabajamos que es de 60Hz
tenemos:

Para otra frecuencia rigen velocidades
distintas.

El numero de ranuras comprendidos entre los lados de una
misma bobina, incluidas las dos en las cuales están
alojados dichos lado, reciben el nombre de PASO DE
BOBINA.

Figura nº 9. Diagrama de pasos de
un MFP.

Nota: al rebobinar el motor es muy importante que las
bobinas no sobresalgan de las ranuras una distancia superior a la
anotada, pues de lo contrario los escudos podrían ejercer
presión sobre ellas y provocar un contacto a
masa.

No todos los motores tienen 32 ranuras, la
mayoría tiene 36 ranuras y algunos solo 24.

Figura nº 10. Disposición
del bobinado estatórico.

Los motores de fase partida pueden tener conectados a
los arrollamientos de manera muy variada, según que
estén previstos para trabajar a una sola tensión, a
dos tensiones distintas, a dos velocidades, con sentido de giro
reversibles exteriormente, etc.

También es importante averiguar y anotar el
número de espiras que contiene cada bobina. "Esto puede
hacerse abriendo las bobinas y contando las espiras arrolladas en
su interior, o bien cortando las bobinas por un extremo y
contando el numero de terminales.

Nota: cuando únicamente este quemado o
cortocircuitado el arrollamiento de encima (el de arranque),
bastara anotar solamente los datos referentes al
mismo.

b.- EXTRACCION DE LAS BOBINAS DEL
ESTATOR:

Cuando solo es preciso reemplazar el arrollamiento de
arranque, pueden extraerse fácilmente las bobinas
defectuosas del mismo cortando los conductores por un lado del
estator y tirando luego de ellas tirando del lado
opuesto.

Pero cuando es todo el estator el que debe ser
rebobinado, resultaría sumamente difícil y
entretenido intentar sacar los arrollamientos del núcleo
estatórico sin ablandar o carbonizar antes el barniz y el
aislamiento con que están protegidos. Por regla general
los arrollamientos quedan extremadamente endurecidos a causa de
su impregnación con barniz, y tratar de extraerlos sin
carbonizarlos previamente exigiría un tiempo
considerable.

En muchos talleres se acostumbra colocar el estator en
una estufa de secado durante varias horas a unos 200°C, y
después dejarlo enfriar por sí solo. Pero antes de
introducir el estator a la estufa suelen cortarse las cabezas
posteriores de bobinas a ras de ranura con auxilio de escoplo
neumático o eléctrico.

Figura nº 11. Extracción
del bobinado estatórico.

Basta normalmente 15 minutos para calentar las bobinas
hasta el punto de permitir su fácil
extracción.

c.- AISLAMIENTO DE LAS RANURAS:

Antes de disponer los arrollamientos en sus respectivas
ranuras es preciso colocar en las mismas un determinado
aislamiento con objeto de evitar que el conductor recubierto
tenga algún punto de contacto directo con el núcleo
de hierro.

Existen diferentes materiales aislantes apropiados para
esta finalidad. Algunos de los más corrientes usados
son:

• Mylar.

• Dacron – Mylar.

• Nomex.

• Nomex – Mylar – Nomex, etc.

d.- REBOBINADO CONEXIÓN DEL NUEVO
ARROLLAMIENTO:

Un motor de fase partida puede rebobinar de tres maneras
distintas:

• 1. A mano

• 2. Con bobinas moldeadas

• 3. Con madejas

En la práctica se usan indistintamente los tres
procedimientos, ya que cada uno ofrece determinadas ventajas. Sea
el que fuera el procedimiento elegido, se dispone primero el
arrollamiento de trabajo íntegro en las ranuras, y luego
el de arranque, encima. Como ya se ah dicho, es conveniente poner
un aislamiento adecuado entre uno y otro. Una vez dispuesto el
arrollamiento de arranque encima del de trabajo, se introduce en
la parte superior de cada ranura una cuña de
configuración apropiada, cuya función es mantener
los conductores bien sujetos en el interior de las ranuras y
asegurados contra el efecto de las vibraciones.

f.- VERIFICACION ELECTRICA DEL MISMO

Una vez concluido el rebobinado y efectuadas las
conexiones es muy conveniente verificar eléctricamente uno
y otras con objeto de detectar posibles cortocircuito entre
espiras, contactos, masa, conexiones erróneas o
interrupciones.

Estas pruebas deben efectuarse antes de proceder al
secado. Cuando ya se han efectuado todas las conexiones, o
pruebas, el estator se introduce en una estufa de secado, donde
debe permanecer aproximadamente 1 hora a una temperatura de
120°C.

Con este precalentamiento se consigue eliminar la
humedad de los arrollamientos y facilitar así la
penetración del barniz

Inversión
del sentido de giro

La inversión del sentido de giro resulta una
operación muy sencilla en un motor de fase partida, pues
basta para ello permutar la conexión de los terminales del
arrollamiento de trabajo o del arrollamiento de
arranque.

Figura nº 12. Disposición
correcta del las bobinas estatoricas.

La figura nº 13 se muestra esquemática mente
el mismo motor representado en la figura nº12 pero con la
conexión de los terminales del arrollamiento de arranque
permutada.

Figura nº13 conexión del
bobinado estatórico para la inversión del sentido
del giro

La explicación de esto es que el campo
magnético del arrollamiento de arranque se genera antes
que el del arrollamiento de trabajo. Por consiguiente, todo
sucede como si el campo magnético girase desde un polo del
arrollamiento de arranque hacia el polo más próximo
y de igual signo del arrollamiento de trabajo.

A veces es necesario averiguar el sentido de giro de un
motor y debemos reconocer a simple vista
arrollamientos:

• El hilo del arrollamiento de trabajo es más
  grueso que el del arrollamiento de arranque.

• Un extremo del arrollamiento de arranque suele estar
  conectado normalmente al interruptor centrifugo

• El arrollamiento del arranque esta generalmente
  dispuesto encima del de trabajo.

Conexión
de los polos en los motores de fase partida para dos tensiones de
servicio

La mayoría de los motores de fase partida
están construidos para funcionar a una sola tensión
de servicio. No obstante se fabrican también motores para
dos tensiones (normalmente 115V y 230V).

Los motores de este tipo poseen por lo general un
arrollamiento auxiliar construido por una sola sección.
Para permitir el cambio de una tensión a otra es preciso
llevar al exterior los cuatro terminales del arrollamiento de
trabajo, y si el sentido de giro tiene que poderse invertir desde
el exterior, es necesario también que los dos terminales
del arrollamiento de arranque salgan fuera.

Cuando el motor debe funcionar a 115V, las dos secciones
del arrollamiento principal se conectan en paralelo, cuando el
motor debe trabajar a 230V, las secciones se conectan en
serie.

Figura nº 14. Diagrama de
conexión en los polos para dos tensiones.

Para bobinar un motor de doble tensión de
servicio se ejecuta primero una de las secciones del
arrollamiento principal, procediendo de nodo idéntico al
empleado para motores de una sola tensión. La segunda
sección se bobina luego directamente encima de la primera
utilizando hilo de igual diámetro y alojando al mismo
número de espiras en las propias ranuras. Entonces se
lleva al exterior los dos terminales de cada
sección.

Figura nº 14. Diagrama de fases
para la conexión de los polos para dos
tensiones

Es muy importante arrollar los polos de cada
sección de modo que sean alternativamente de signo
contrario, pues de no hacerlo así, el motor no
funcionara.

Dispositivo de
protección contra sobrecarga

La mayoría de los motores monofásicos son
de efecto térmico y sirven de protección contra
sobrecalentamientos peligrosos provocados por sobrecargas, fallos
en el arranque, y temperatura excesiva. El dispositivo se monta
en cualquier punto apropiado situado en el interior de la carcasa
del motor (normalmente sobre la placa del interruptor
centrífugo), y consiste en un elemento bimetálico
conectado en serie con la línea de
alimentación.

El elemento está formado por dos láminas
metálicas que poseen distintos coeficientes de
dilatación. Como ambas laminas están unidas
conjuntamente, se dilatan en diferente proporción al
calentarse, entonces el elemento se curva y abre el
circuito

Figura nº 15. Elemento
bimetálico de protección.

En algunos tipos de protección, los contactos
vuelven a cerrarse automáticamente en cuanto el elemento
bimetálico se enfría. En otros, por contrario, es
preciso accionar manualmente un pulsador para que el motor se
ponga nuevamente en marcha.

Este tipo de dispositivo térmico puede aplicarse
a motores de una sola tensión de servicio y a motores de
dos.

• En el primer caso no se efectúa
  conexión alguna en el borne 2, el disco
  bimetálico y el filamento queda conectado en serie con
  la totalidad del arrollamiento principal

Figura nº 16. Conexión
interna del elemento de protección.

• En el segundo caso el filamento de caldeo queda
  conectado en serie con solo una sección del
  arrollamiento principal, cuando el motor funciona con la
  tensión más baja (el esquema izquierda de la
  figura), y con todo el arrollamiento cuando el motor funciona
  con la tensión más elevada (el esquema derecho
  de la figura.

Figura nº 17. Conexión
interna del elemento de protección en
serie.

De este modo circula siempre la misma corriente por el
filamento de caldeo.

Motores de fase
partida para dos velocidades de régimen

Puesto que la velocidad de cualquier motor
asíncrono es función, del numero de polos del
mismo, si se desea variar la velocidad de un motor de fase
partida es preciso variar también su muero de polos. Hay
tres métodos para conseguir dos velocidades de
régimen distintas.

1.- Disponer un arrollamiento de trabajo auxiliar, sin
ningún arrollamiento de arranque suplementario:

Este tipo de motor con doble velocidad de régimen
lleva tres arrollamientos. Por lo general se bobinan con 6 y 8
polos, y alcanzan una velocidad de 1150 y 875 R.P.M.,
repectivamente.se usan principalmente para accionar
ventiladores.

Un interruptor centrifugo de doble contacto conecta
automáticamente el arrollamiento de trabajo
octópolar a la red cuando se desea que el motor gire a
velocidad menor.

Figura nº 18. Conexión
para dos velocidades en el MFP.

2.- Disponer dos arrollamientos de trabajo y dos
arrollamientos de arranque:

Al rebobinar un motor de este tipo, con 4
arrollamientos, deberá asimismo tenerse buen cuidado de
alojar las bobinas de cada uno en las ranuras que le
corresponden.

Figura nº 19. Conexión
interna de los polos para una mejor velocidad.

3.- Disponer el llamado principio de los polos
consecuentes (sin necesidad de arrollamiento adicional
alguno):

Cuando los polos de un arrollamiento se conectan de
manera que todos ellos sean del mismo signo, se engendra un
número de polos magnéticos igual al doble del
número de polos bobinados.

Figura nº 20. Líneas de
fuerza en un régimen de velocidades.

Conclusiones

• Los motores eléctricos monofásicos de
  fase partida son una alternativa para el uso
  doméstico, pues su aplicación se ve en la vida
  cotidiana, como por ejemplo en una vivienda se tienen los
  electrodomésticos tales como la licuadora,
  ventiladores, batidora, extractora, lustradora, aspiradora,
  etc.

• El bobinado de trabajo es fabricado a base de un
  conductor de cobre grueso aislado y de pocas
  vueltas.

• Tanto el arrollamiento de trabajo como el de
  arranque están conectados permanentemente en el
  circuito.

• Cuando se alcanza aproximadamente el 75% de su
  velocidad de régimen, el interruptor centrífugo
  desconecta la bobina de arranque dejando únicamente la
  bobina de trabajo en servicio.

• Los motores monofásicos de fase partida
  tienen solo una fase de alimentación, no poseen campo
  giratorio como en los polifásicos, pero si tienen un
  campo magnético pulsante, esto impide que se
  proporcione un torque en el arranque ya que el campo
  magnético inducido en el rotor está alineado
  con el campo del estator.

• La mayoría de los motores de fase partida
  están construidos para funcionar a una sola
  tensión de servicio. No obstante se fabrican
  también motores para dos tensiones (normalmente 115V y
  230V).

• Puesto que la velocidad de cualquier motor
  asíncrono es función, del numero de polos del
  mismo, si se desea variar la velocidad de un motor de fase
  partida es preciso variar también su muero de
  polos.

• La mayoría de los motores monofásicos
  son de efecto térmico y sirven de protección
  contra sobrecalentamientos peligrosos provocados por
  sobrecargas, fallos en el arranque, y temperatura excesiva.
  El dispositivo se monta en cualquier punto apropiado situado
  en el interior de la carcasa del motor (normalmente sobre la
  placa del interruptor centrífugo), y consiste en un
  elemento bimetálico conectado en serie con la
  línea de alimentación.

Bibliografía

• Reparación de motores
  eléctricos/R.Rosenberg/séptima
  edición.

• Manual Electrotécnico/Schneider
  Electric.

• Guías de Maquinas Eléctricas II/Ing.
  Huber Manrique.

• http://biblioteca.universia.net

Apéndices
y anexos

Autor:

Chaparro Tacuri Jimmy

Esteves Díaz
Carlos