Capitulo 4

Motores polifásicos de inducción

1. a) ¿Qué es un motor polifásico?R/ Motores de CA previstos para ser conectados a redes de alimentación trifásica o bifásicab) Describir la constitución general de un motor polifásico, enumerando y dibujando esquemáticamente sus partes principales.R/ Se compone de 3 partes: estator, rotor, escudos.

2. a) Indicar algunas de las características y aplicaciones del motor trifásicoR/ Tienen una característica de velocidad sensiblemente constante y una característica de par que varía ampliamente según los diseños. Se emplean para accionar maquinas- herramientas, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc.b) ¿Qué ventajas presenta el motor trifásico sobre el de fase partida?R/ Se fabrican de las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos, se construyen para todas las tensiones y frecuencias de servicio normalizadas, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas

3. a) Describir brevemente el funcionamiento del motor trifásico.

R/ Las bobinas alojadas en las ranuras estatóricas están conectadas de modo que formen tres arrollamientos independientes iguales, llamados fases. Dichos arrollamientos están distribuidos y unidos entre sí de tal manera que, al aplicar a sus terminales la tensión de una red de alimentación trifásica, se genera en el interior de los estados un campo magnético giratorio que arrastra el rotor y lo obliga a girar a determinada velocidad.b) ¿Cuántos arrollamientos estatóricos posee este motor?R/ 3c) Demostrar con un sencillo esquema como están conectados estos arrollamientos.R/

1. Toma de datos.2. Extracción del arrollamiento antiguo.

Aislamiento de las ranuras

4. a) Mencionar las ocho operaciones que comprende el rebobinado de un motor trifásico.R/

Toma de datos. Extracción de arrollamiento antiguo. Aislamiento de ranuras estatóricas. Confección de las bobinas. Colocación de las bobinas en las ranuras. Conexión de las bobinas entre sí. Verificación eléctrica del nuevo arrollamiento. Secado e impregnación.

b) ¿Cómo se reconoce que el motor debe ser rebobinado?

R/ Cuando el motor posee algún defecto o falla cuya única solución es el rebobinado

5. a) ¿Qué datos deben haberse anotado antes de proceder al rebobinado de un motor polifásico?

Placa de características del motor Numero de ranuras estatóricas Numero de bobinas Clase de conexión entre bobinas Numero de espiras de cada bobina Forma y dimensión de cada bobina Paso de la bobina Clase de aislamiento empleado en las ranuras Sección del conductor y espesor de su

aislamiento

b) Confeccionar una hoja de datos con valores a título de ejemplo.

FIRMA CONSTRUCTORAPotencia (CV)

Velocidad (rpm)

Tensión (V)

Corriente (A)

Frecuencia

Tipo / Numero serie

Modelo Fases

Numero bobinas

Numero ranuras

Conexión

Diámetro conductor

Espiras/bobinas Numero grupos

Bobinar / grupo

Numero polos Paso bobinas

6. a) Dibujar un esquema que reproduzca parte de un estator trifásico con sus ranuras y bobinas.R/b) ¿Cuántos lados de bobina van alojados en cada ranura?R/ Dos lados de bobina van alojados en una misma ranura, suelen pertenecer a una fase distinta, es preciso aislarlos convenientemente entre sí.

7. a) Dibujar los diferentes tipos de ranuras estatóricas propios de motores trifásicos.R/b) ¿Qué ventajas tiene cada uno respeto a los demás?R/Ranuras abiertas: Para extraer el arrollamiento de los mismos basta simplemente quitar las cuñas que cierran las ranuras e ir sacando las bobinas una tras otra.Ranuras semicerradas: Los arrollamientos han sido sometidos normalmente a un proceso de secado para conferirles rigidez.c) ¿Cuál de ellos prefiere el alumno?, ¿Por qué?R/ El de ranuras abiertas debido a su facilidad en la extracción del arrollamiento, el cual es complicado en las ranuras semi-cerradas debido a su rigidez y en algunos casos “encapsulado”.

8. a) Describir como se aíslan las ranuras estatóricas de un motor trifásico.R/ El aislamiento original es reemplazado por otro de igual calidad y espesor, es muy usual el empleo de aislamiento con los bordes doblados.

b) ¿Qué objeto tiene el doblado de los bordes del aislamiento empleado?R/ La aplicación a motores de tamaño pequeño o medianoc) ¿Por qué se usa aislamiento de diferentes calidades y espesores en los distintos motores?R/ Se usan debido al tipo de motor y a su determinada aplicación respectivamente, atendiendo también al tamaño del mismo.

9. a) ¿Qué es un devanado por grupos?R/ Es cuando se ejecutan varias bobinas consecutivamente, es decir, sin cortar el conductorb) ¿Por qué se utiliza este devanado?R/ Porque supone un ahorro de tiempo, ya que evita la necesidad de conectar luego los terminales de las bobinas entre sí.c) Dibujar el esquema de un devanado por grupos constituido por cuatro bobinas.R/

10. a) ¿Qué se entiende por bobina hexagonal?R/ Es cuando las bobinas de motores pequeños pueden confeccionarse inicialmente de forma rectangular y convertirse luego en hexagonales, tirando por el centro de los lados mayores los dos lados rectos son los que se alojan en las ranuras, y los dos lados doblados constituyen las cabezasb) Dibujar una bobina de este tipo y explicar porque se utiliza en la mayoría de los motores polifásicos de tamaño mediano.

11. a) Explicar cómo se encinta una bobina.R/ Se encintan o no de acuerdo con las normas observadas en cada taller o la costumbre de cada operario, por ejemplo entre bobinas pertenecientes a fases distintas, la interposición de aislamiento es imprescindible.b) ¿Por qué en determinados motores se encintan solamente las cabezas de las bobinas?R/ Las bobinas previstas para alojar en ranuras semicerradas se encintan de forma similar, pero solo por ambas cabezas, las partes de cada bobina que deben quedar insertadas en las ranuras se dejan libres.

12. a) ¿Cuáles son los dos tipos principales de arrollamientos trifásicos?R/ Arrollamiento estatórico en doble capaArrollamientos independientes llamados fases.b) Explicar cómo se conectan entre si dichos arrollamientos y hacer un esquema sencillo de cada tipo de conexión.R/ Estrella: Los finales de las fases están unidos conjuntamente en un punto común y cada principio de fase va conectado a una de las líneas de alimentación de la redTriangulo: Es cuando el final de cada fase está unido al principio de la siguiente.

13. a) ¿Cómo se obtiene el número de bobinas por polo?R/ Se divide el número total de bobinas estatóricas por el número de polos del motor

b) Calcular el número de bobinas por polo en un estator bipolar con 24 ranuras, en un estator tetrapolar con 36 ranuras y en un estator hexapolar con 48 ranuras.R/ 24 ranuras/ 2 polos = 12 bobinas por polo 36 ranuras / 4 polos = 9 bobinas por polo 48 ranuras / 6 polos = 8 bobinas por polo 14. a) ¿Qué se entiende por grupo de bobinar en un estator trifásico?R/ Es un determinado número de bobinas contiguas conectadas en serie, en este caso tres grupos iguales de bobinas por polo: uno por fase.b) Dibujar un grupo constituido por cuatro bobinas.

c) ¿Por qué es necesario aislar entre si los grupos de bobinas que pertenecen a distintas fases?R/Es necesario ya que las bobinas de un grupo solo deben ser conectadas entre sí cuando se confeccionan por separado, con el sistema de devanado por grupos, estos ya quedan formados y no es preciso efectuar conexión interior alguna15. a) ¿Cómo se calcula el número de grupos de bobinas que hay en un estator polifásico?R/ Se multiplica el número de polos por el número de fases del motor

b) ¿Cuántos grupos de bobinas tiene un estator trifásico hexapolar, uno trifásico octopolar y un bifásico bipolar?R/ 6 polos x 3 fases = 18 grupos de bobinas 2 polos x 2 fases = 4 grupos de bobinas 8 polos x 3 fases = 24 grupos de bobinas

16. Explicar cómo se determina el número de bobinas por grupo en un motor polifásico.R/ Se divide el número total de bobinas del motor por el número de grupos.

17. Calcular el número de bobinas por grupo en un estator:a) Trifásico tetrapolar con 48 bobinas.R/ 48 bobinas / 12 grupos = 4 bobinas por grupob) Trifásico hexapolar con 36 bobinas.R/ 36 bobinas / 18 grupos = 2 bobinas por grupoc) Bifásico tetrapolar con 48 bobinas.R/ 48 bobinas / 8 grupos = 6 bobinas por grupo

18. a) Explicar cómo se efectúan las uniones internas entre bobinas, grupos y fases en un arrollamiento estatórico trifásico conectado en estrella/serie.R/ Cada fase está integrada por cuatro grupos de bobinas, se trata de un devanado de cuatro polos (tetrapolar). Cada fase se compone de tantos grupos iguales como polos tiene el motor. Por consiguiente el diagrama indica también que los grupos de cada fase están conectados en serie entre sí.

b) Suponiendo el arrollamiento de cuatro polos y alojado en 24 ranuras, calcular el número de grupos y el número de bobinas por grupo, fase y polo.R/ Polo: 24ranuras / 4 polos = 6 bobinas por polo

19. Dibujar el esquema lineal de un arrollamiento trifásico bipolar conectado en estrella/serie, representando solo los grupos. Indicar el sentido de la corriente en cada fase.R/

20. a) Dibujar el esquema circular de un arrollamiento trifásico hexapolar conectado en estrella/serie.R/b) ¿Cómo puede asegurarse por simple inspección del esquema que las conexiones están efectuadas correctamente?R/ El sentido ficticio (las tres flechas señalando hacia adentro) atribuido a las corrientes en dichos esquemas facilita la verificación del conexionado

21. a) Describir la manera de conectar en triangulo las fases de un arrollamiento trifásico.R/ Las tres fases están unidas de modo que el final de la A coincida con el principio de la C, el final de la C con el principio de la B, y así sucesivamente.b) ¿En qué se diferencia esta conexión de la conexión en estrella?R/ En la conexión triangulo no existe ningún centro de estrella

22. Dibujar el esquema de un arrollamiento trifásico hexa-polar conectado en triangulo/serie. Representar todas las bobinas y el sentido de la corriente en todos los grupos.R/

23. a) Dibujar el esquema circular de un arrollamiento trifásico tetrapolar conectado en triangulo/serie. R/b) Explicar cómo circula la corriente por cada fase.R/ Circula de acuerdo a la norma que indica que se coloca debajo de cada grupo la flecha indicativa del sentido de circulación de la corriente.

24. Dibujar los esquemas simplificados de los siguientes arrollamientos trifásicos: estrella/serie bipolar, tetrapolar y hexapolar; triangulo/serie bipolar, tetrapolar y hexapolar.R/

25. Explicar por medio de esquemas que se entiende por conexión de dos ramas o en doble paralelo, y en qué se diferencia de la conexión en serie.R/ Es cuando cada fase esta subdividida en carias ramas o derivaciones iguales, unidas entre sí en paralelo, según el número de derivaciones en cada fase se puede tener una conexión de dos ramas (o doble paralelo)… Se diferencia de la serie ya que una y otra constan del mismo número de grupos por fase, pero la disposición de las mismas es tal que

mientras la primera no ofrece más que una sola vía al paso de la corriente, la segunda presenta dos.

26. a) Dibujar los esquemas circulares de los siguientes arrollamientos trifásicos: tetrapolar, en estrella/doble paralelo; hexapolar, en triangulo/triple paralelo; octopolar, en estrella/cuádruple paralelo.R/b) ¿Por qué unos arrollamientos tienen las fases formadas por una sola rama y otros las tienen formadas por dos o más ramas?R/ Las poseen así debido a que muchos trifásicos están concebidos de manera que cada una de sus fases este subdividida en varias ramas o derivaciones iguales, unidas entre sí en paralelo y según el número de derivaciones existente en cada fase se tiene una conexión de dos ramas, tres ramas, etc…

27. a) ¿Qué procedimiento se sigue para identificar el tipo de conexión de un estator trifásico cuyos datos deben averiguarse?R/ Se empieza por considerar una cualquiera de las líneas o terminales de alimentación y determinar cuántos grupos de bobinas están unidos a dicha líneas. Si no hay más que un solo grupos, estamos en presencia de una conexión en estrella/ serie por ejemplo.b) ¿Qué hay de erróneo en limitarse a seguir el circuito a través de cada fase para identificar dicha conexión?

R/ Que no es el más conveniente ya que para poder identificar la conexión es conveniente observar varias normas preventivas, que pueden resultar de notoria utilidad.

28. Dar varios ejemplos específicos para demostrar cómo puede identificarse una conexión estrella/paralelo y una conexión triangulo/paralelo antes de extraer un arrollamiento estatórico.R/ Estrella/ Paralelo= Cuando son dos los grupos de bobinas unidas a cada línea o terminal de alimentación Triangulo/Paralelo= Cuando son cuatro los grupos unidos a cada línea de alimentación

29. a) ¿Cómo puede saberse el número de polos de un arrollamiento trifásico?R/ Un segundo método consiste en contar el número total de grupos de bobinas, dividiendo este por el número de gases y se hallara el número de polos buscado.b) Indicar varias maneras de averiguarlo.R/ Conociendo la velocidad del motor Contar el número total de grupos de bobinasContando el número de puentes de conexión existentes entre grupos de una misma vía.c) ¿Por qué es necesario anotar este dato y el de la pregunta 28?R/Es necesario anotarlos para saber tanto identificar un tipo de conexión como para saber el número de polos de un arrollamiento trifásico.

30. a) ¿Por qué se construyen motores de modo que puedan conectarse para dos tensiones distintas de servicio?R/ Se construyen dichos motores para que sean más útiles de lo que son así podemos saber y utilizar que es más eficiente y no tener que gastar más dinero comprando otro tipo de motor diferente para que se utilice y haga otra función.b) ¿Qué es un motor trifásico para doble tensión de servicio?R/ Tipo de motor trifásico que opera en dos niveles de tensión. Los motores de doble voltaje permiten al mismo motor usarse con dos diferentes voltajes de línea de potenciac) ¿Cómo se reconoce si un motor está previsto para una sola o para doble tensión de servicio?R/ Una forma para saber si es una doble tensión es cuando tiene obviamente las conexiones debe de tener dos entradas donde se conectan dichas tensiones

31. Dibujar el esquema lineal de un arrollamiento estatórico tetrapolar para doble tensión de servicio, conectado en estrella. Numerar los terminales e indicar las conexiones a efectuar para cada tensión de servicio.R/

32. ¿Cómo se identifica cada uno de los nueve terminales que normalmente salen al exterior de un motor trifásico doble tensión de servicio al objeto de

conectarlo entre si adecuadamente para una u otra tensión?

33. a) Explicar la diferencia entre conexiones cortas y conexiones largas entre grupos.Conexión larga:El amperímetro mide exactamente la corriente que circula por la resistencia incógnita mientras que el voltímetro nos da una indicación errónea, pues mide la suma de las caídas de tensión en la resistencia incógnita y en el amperímetroConexión corta:El voltímetro está conectado en paralelo a la resistencia incógnita, y el amperímetro está conectado en serie con ambos instrumentos. Así el voltímetro nos dará la indicación correcta de tensión, en los extremos de la resistencia incógnita, mientras que el amperímetro mide la suma de las corrientes derivadas a través del voltímetro, a través de la resistencia incógnita.b) Dibujar esquemas donde figuren ambas.R/c) ¿Por qué deben preferirse unas a las otras, y con que otros nombres se las conoce?R/

34. Enumerar por lo menos siete de los datos que suelen figurar en la placa de características de un motor trifásico, y definir cada uno de ellos

1. Nombre del fabricante.2. Tamaños, forma de construcción.

3. Clase de corriente.4. Clase de máquinas, motor, generador, etc.5. Numero de fabricación.6. Identificación del tipo de conexión del

arrollamiento.7. Tensión nominal.8. Intensidad nominal.

35. a) ¿Qué es un motor de arranque con arrollamiento parcial?R/Se emplea para facilitar el encendido de los motores de combustión interna, para vencer la resistencia inicial de los componentes cinemáticos del motor al arrancar. Es activado con la electricidad de la batería cuando se gira la llave puesta en marcha, cerrando el circuito y haciendo que el motor gire.b) Dibujar los diagramas esquemáticos de un motor de este tipo conectado respectivamente en estrella y en triangulo.R/

37. a) ¿Qué factores determinan la velocidad de un motor trifásico de inducción?R/El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores es del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor

b) Escribir la fórmula que permite calcular dicha velocidad.

R/ Nsinc=60 fep

38. a) ¿Qué se entiende por conexión para polos consecuentes?R/Se dice que un bobinado es por polos consecuentes, cuando existen por cada fase tantos grupos de bobinas como la mitad de numero de polos, es decir tantos grupos como pares de polos.b) Explicar el principio en que se basa esta conexión.R/ En los bobinados por polos se unirá, el final del primer grupo con el final del segundo grupo, el principio del segundo con el principio del tercero, el final del tercero con el final del cuarto y así sucesivamente; es decir, debemos de unir final con final, principio con principioc) Dibujar un esquema que muestre como se forman los polos consecuentes.R/

41. a) ¿Qué es un arrollamiento con grupos desiguales?R/Conductores aislados arrollados según cierto número de espiras convenientemente unidas entre sí, cuya misión consiste en crear un campo magnético, ser la sede de fuerzas electromotrices inducias o constituir una resistencia al paso de las corrientes alternas.b) ¿Por qué hay motores provistos de este tipo de arrollamientos?

R/c) Mostrar mediante un esquema como se determina el número de bobinas por grupo en un arrollamiento con grupos desigualesR/ Conductores aislados arrollados según cierto número de espiras convenientemente unidas entre sí, cuya misión consiste en crear un campo magnético, ser la sede de fuerzas electromotrices inducidas o constituir una resistencia al paso de las corrientes alternas.