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Motores de fase partida (página 2)




Partes: 1, 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.

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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.

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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.

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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).

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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.

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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:

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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.

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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:

RPM

# de polos

3600

2

1800

4

1200

6

900

8

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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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Autor:

Chaparro Tacuri Jimmy

Esteves Díaz Carlos

Partes: 1, 2


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