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El Motor de Corriente Alterna




Enviado por Irene Franco



    1. Motores de corriente
      alterna
    2. Motores
      universales
    3. Motores
      síncronos
    4. Motores de Jaula de
      Ardilla
    5. Relación de Velocidad de
      Rotación con la frecuencia
      eléctrica
    6. Conclusión
    7. Bibliografía

    INTRODUCCIÓN.

    Un motor es una máquina motriz, esto es un
    aparato que convierte una forma cualquiera de energía, en
    energía mecánica de rotación o
    par.

    Ejemplos de motores son, los
    de gasolina y los diesel, que convierten la expansión del
    gas al
    calentarlo en par de rotación; la máquina de vapor,
    que transforma la expansión del vapor caliente en par de
    rotación; el motor eléctrico, que convierte la
    electricidad
    en fuerzas de giro por medio de la acción
    mutua de los campos magnéticos.

    Un generador, por otra parte, transforma energía
    mecánica de rotación en energía
    eléctrica y se le puede llamar una máquina
    generatriz de fem. Las dos formas básicas son, el
    generador de corriente continua y el generador de corriente
    alterna, este último más correctamente llamado
    alternador.

    Todos los generadores necesitan una máquina
    motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de
    rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar
    las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem.
    La máquina más simple de los motores y generadores,
    es el alternador.

    MOTORES DE CORRIENTE
    ALTERNA

    En algunos casos, tales como barcos, donde la fuente
    principal de energía es de c-c o donde se desea un gran
    margen de variación de velocidad,
    pueden emplearse motores de c-c. Sin embargo, 1a mayoría
    de los motores modernos trabajan con fuentes de
    c-a.

    A pesar de que hay una gran variedad de motores de c-a,
    solamente se discutirán aquí tres tipos
    básicos: el universal, el síncrono y el de jaula de
    ardilla.

    Motores
    universales.

    El motor de c.c. serie, tal como se ha explicado, gira
    cuando se aplica c-c o c-a de baja frecuencia. Tal motor, llamado
    universal, se utiliza en ventiladores, sopladores, batidoras,
    taladradoras eléctricas transportables y otras
    aplicaciones donde se requiere gran velocidad con cargas
    débiles o pequeña velocidad con un par muy
    potente.

    Una dificultad de los motores universales, en lo que a
    radio se
    refiere, son las chispas del colector y las interferencias de
    radio que ello lleva consigo o ruido. Esto se
    puede reducir por medio de los condensadores
    de paso, de 0,001 μF a 0,01 μF, conectados de las
    escobillas a la carcasa del motor y conectando
    ιsta a masa.

    Motores
    síncronos.

    Se puede utilizar un alternador como motor en
    determinadas circunstancias. Si se excita el campo con c-c y se
    alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con
    c-a, la máquina no arrancará. El campo alrededor de
    la bobina del rotor es alterno en polaridad magnética pero
    durante un semiperiodo del ciclo completo, intentará
    moverse en una dirección y durante el siguiente
    semiperiodo en la dirección opuesta.

    El resultado es que la máquina permanece parada.
    La máquina solamente se calentará y posiblemente se
    quemará.

    El rotor de un alternador de dos polos debe hacer una
    vuelta completa para producir un ciclo de c-a. Debe girar 60
    veces por segundo, ó 3.600 revoluciones por minuto (rpm),
    para producir una c-a de 60 Hz. Si se puede girar a 3.600 rpm tal
    alternador por medio de algún aparato mecánico,
    como por ejemplo, un motor de c-c, y luego se excita el inducido
    con una c-a de 60 Hz, continuará girando como un motor
    síncrono.

    Su velocidad de sincronismo es 3.600 rpm. Si funciona
    con una c-a de 50 Hz, su velocidad de sincronismo será de
    3.000 rpm. Mientras la carga no sea demasiado pesada, un motor
    síncrono gira a su velocidad de sincronismo y solo a esta
    velocidad.

    Si la carga llega a ser demasiado grande, el motor va
    disminuyendo velocidad, pierde su sincronismo y se para. Los
    motores síncronos de este tipo requieren todos una
    excitación de c-c para el campo (o rotor), así como
    una excitación de c-a para el rotor (o campo).

    Se puede fabricar un motor síncrono construyendo
    el rotor cilíndrico normal de un motor tor tipo jaula de
    ardilla con dos lados planos. Un ejemplo de motor síncrono
    es el reloj eléctrico, que debe arrancarse a mano cuando
    se para. En cuanto se mantiene la c-a en su frecuencia correcta,
    el reloj marca el tiempo exacto.
    No es importante la precisión en la amplitud de la
    tensión.

    Motores de jaula de
    ardilla.

    La mayor parte de los motores, que funcionan con c-a de
    una sola fase, tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Un
    esquema simplificado del mismo se ve a
    continuación.

    Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho
    más compactos que el de la figura y tienen un
    núcleo de hierro
    laminado.

    Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla
    son de cobre y van
    soldados a las piezas terminales de metal. Cada conductor forma
    una espira con el conductor opuesto conectado por las dos piezas
    circulares de los extremos.

    Cuando este rotor está entre dos polos de campo
    electromagnéticos que han sido magnetizados por una
    corriente alterna, se induce una fem en las espiras de la jaula
    de ardilla, una corriente muy grande las recorre y se produce un
    fuerte campo que contrarresta al que ha producido la corriente
    (ley de Lenz).
    Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos
    estacionarios, no hay razón para que se mueva en una
    dirección u otra y así permanece parado. Es similar
    al motor síncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que
    se necesita es un campo rotatorio en lugar de un campo
    alterno.

    Cuando el campo se produce para que tenga un efecto
    rotatorio, el motor se llama de tipo de jaula de ardilla. Un
    motor de fase partida utiliza polos de campo adicionales que
    están alimentados por corrientes en distinta fase, lo que
    permite a los dos juegos de
    polos tener máximos de corriente y de campos
    magnéticos con muy poca diferencia de tiempo. Los
    arrollamientos de los polos de campo de fases distintas, se
    deberían alimentar por c-a bifásicas y producir un
    campo
    magnético rotatorio, pero cuando se trabaja con una
    sola fase, la segunda se consigue normalmente conectando un
    condensador (o resistencia) en
    serie con los arrollamientos de fases distintas.

    Con ello se puede desplazar la fase en más de
    20° y producir un campo magnético máximo en el
    devanado desfasado que se adelanta sobre el campo
    magnético del devanado
    principal.

    Desplazamiento real del máximo de intensidad del
    campo magnético desde un polo al siguiente, atrae al rotor
    de jaula de ardilla con sus corrientes y campos inducidos,
    haciéndole girar. Esto hace que el motor se arranque por
    sí mismo.

    El devanado de fase partida puede quedar en el circuito
    o puede ser desconectado por medio de un conmutador
    centrífugo que le desconecta cuando el motor alcanza una
    velocidad predeterminada. Una vez que el motor arranca, funciona
    mejor sin el devanado de fase partida. De hecho, el rotor de un
    motor de inducción de fase partida siempre se
    desliza produciendo un pequeño porcentaje de
    reducción de la que sería la velocidad de
    sincronismo.

    Si la velocidad de sincronismo fuera 1.800 rpm, el rotor
    de jaula de ardilla, con una cierta carga, podría girar a
    1.750 rpm. Cuanto más grande sea la carga en el motor,
    más se desliza el rotor.

    En condiciones óptimas de funcionamiento un motor
    de fase partida con los polos en fase desconectados, puede
    funcionar con un rendimiento aproximado del 75 por
    100.

    Otro modo de producir un campo rotatorio en un motor,
    consiste en sombrear el campo magnético de los polos de
    campo. Esto se consigue haciendo una ranura en los polos de campo
    y colocando un anillo de cobre alrededor de una de las partes del
    polo, como se ve en la figura siguiente.

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción "Descargar" del menú superior

    Mientras la corriente en la bobina de campo está
    en la parte creciente de la alternancia, el campo
    magnético aumenta e induce una fem y una corriente en el
    anillo de cobre. Esto produce un campo magnético alrededor
    del anillo que contrarresta el magnetismo en la
    parte del polo donde se halla él.

    En este momento se tiene un campo magnético
    máximo en la parte de polo no sombreada y un mínimo
    en la parte sombreada. En cuanto la corriente de campo alcanza un
    máximo, el campo magnético ya no varía y no
    se induce corriente en el anillo de cobre. Entonces se desarrolla
    un campo magnético máximo en todo el
    polo.

    Mientras la corriente está decreciendo en
    amplitud el campo disminuye y produce un campo máximo en
    la parte sombreada del polo.

    De esta forma el campo magnético máximo se
    desplaza de la parte no sombreada a la sombreada de los polos de
    campo mientras avanza el ciclo de corriente. Este movimiento del
    máximo de campo produce en el motor el campo rotatorio
    necesario para que el rotor de jaula de ardilla se arranque solo.
    El rendimiento de los motores de polos de inducción
    sombreados no es alto, varía del 30 al 50 por
    100.

    Una de las principales ventajas de todos los motores de
    jaula de ardilla, particularmente en aplicaciones de radio, es la
    falta de colector o de anillos colectores y escobillas. Esto
    asegura el funcionamiento libre de interferencias cuando se
    utilizan tales motores.

    RELACION DE LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN CON LA
    FRECUENCIA
    ELÉCTRICA.

    La velocidad del campo rotatorio, o sea, la velocidad
    sincrónica, es

    En donde f= frecuencia y P= número
    de polos.

    Hay dos tipos generales de rotores. El de jaula de
    ardilla consiste en barras gruesas de cobre, puestas en corto
    circuito por anillos de extremo o, las barras y los anillos de
    extremo pueden ser una sola pieza fundida de aluminio.

    El de rotor devanado tiene devadano polifásico
    del mismo número de polos que el estator y las terminales
    se sacan hasta anillos deslizantes (rozantes), de modo que pueda
    introducirse resistencia externa. Los conductores del rotor
    tienen que cortar el campo rotatorio y, por tanto, el rotor no
    puede girar con velocidad sincrónica, porque debe existir
    deslizamiento. El deslizamiento es,

    En donde N2= velocidad del rotor,
    rpm.

    La frecuencia del rotor es

    La torsión (par) es proporcional al flujo en el
    entrehierro y a los componentes de la corriente del rotor que
    están, en el espacio, en fase con él. La corriente
    del rotor tiende a retrasar las fem que las producen, debido a la
    reactancia de dispersión del rotor.

    Como se ve en la formula anterior, la frecuencia del
    rotor y, por ende, su reactancia
    (x2=2πf2L2)
    son bajas cuando el motor funciona cerca de su velocidad
    sincrónica, por lo cual hay un gran componente de
    corriente del rotor que, en el espacio, está en fase con
    el flujo.

    Cuando hay grandes valores de
    deslizamiento, la frecuencia aumentada del rotor acrecienta la
    resistencia del rotor y, con ello, el retraso de las corrientes
    del rotor en relacion con sus fem; por tanto, se desarolla una
    considerable diferencia de fase, en el espacio, entre estas
    corrientes y el flujo.

    En consecuencia, incluso grandes valores de corriente,
    la torsión puede ser pequeña. La torsión
    (par) del motor de inducción aumenta con el deslizamiento
    hasta que llega a un máximo llamado momento máximo
    de torsión.

    CONCLUSIÓN.

    En aplicaciones especiales se emplean algunos tipos de
    máquinas dinamoeléctricas
    combinadas. Por lo general, es deseable cambiar de corriente
    continua a alterna o a la inversa, o cambiar de voltaje de
    alimentación de corriente continua, o la
    frecuencia o fase con alimentación de corriente
    alterna.

    Una forma de realizar dichos cambios, es usar un motor
    que funcione con el tipo disponible de alimentación
    eléctrica para que haga funcionar un generador que
    proporcione a su vez la corriente y el voltaje
    deseados.

    BIBLIOGRAFIA.

    • Shrader. "Comunicación eléctrica"
      Mac-Graw-Hill.
    • Baumeister, Theodore; Avallone, Eugene A; Baumeister
      III, Theodore (1984). "Marks Manual del
      Ingeniero Mecánico tomo III"
      Mac-Graw-Hill de
      México, S.A. de C.V.

    FRANCO IRENE

    UNIVERSIDAD GRAN MARISCAL DE AYACUCHO.

    FACULTAD DE INGENIERÍA

    ESCUELA DE MANTENIMIENTO
    INDUSTRIAL.

    NUCLEO CIUDAD GUAYANA.

    Venezuela

    UNIVERSIDAD GRAN MARISCAL DE AYACUCHO.

    FACULTAD DE INGENIERÍA.

    ESCUELA DE MANTENIMIENTO
    INDUSTRIAL.

    NUCLEO CIUDAD GUAYANA.

    CIUDAD GUAYANA, FEBRERO 2005.

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