EL MOTOR ELCTRICO

EL MOTOR ELCTRICO

Los motores elctricos son mquinas elctricas rotatorias que transforman la energa elctrica en energa mecnica. Debido a sus mltiples ventajas, entre las que cabe citar su economa, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento, el motor elctrico ha reemplazado en gran parte a otras fuentes de energa, tanto en la industria como en el transporte, las minas, el comercio, o el hogar.

Los motores elctricos satisfacen una amplia gama de necesidades de servicio, desde arrancar, acelerar, mover, o frenar, hasta sostener y detener una carga. Estos motores se fabrican en potencias que varan desde una pequea fraccin de caballo hasta varios miles, y con una amplia variedad de velocidades, que pueden ser fijas, ajustables o variables.

Un motor elctrico contiene un nmero mucho ms pequeo de piezas mecnicas que un motor de combustin interna o uno de una mquina de vapor, por lo que es menos propenso a los fallos. Los motores elctricos son los ms giles de todos en lo que respecta a variacin de potencia y pueden pasar instantneamente desde la posicin de reposo a la de funcionamiento al mximo. Su tamao es ms reducido y pueden desarrollarse sistemas para manejar las ruedas desde un nico motor, como en los automviles.

El inconveniente es que las bateras son los nicos sistemas de almacenamiento de electricidad, y ocupan mucho espacio. Adems, cuando se gastan, necesitan varias horas para recargarse antes de poder funcionar otra vez, mientras que en el caso de un motor de combustin interna basta slo con llenar el depsito de combustible.

Este problema se soluciona, en el ferrocarril, tendiendo un cable por encima de la va, que va conectado a las plantas de generacin de energa elctrica. La locomotora obtiene la corriente del cable por medio de una pieza metlica llamada patn. As, los sistemas de almacenamiento de electricidad no son necesarios.

Cuando no es posible o no resulta rentable tender la lnea elctrica, para encontrar una solucin al problema del almacenamiento de la energa se utilizan sistemas combinados, que consisten en el uso de un motor de combustin interna o uno de mquina de vapor conectado a un generador elctrico. Este generador proporciona energa a los motores elctricos situados en las ruedas. Estos sistemas, dada su facilidad de control, son ampliamente utilizados no slo en locomotoras, sino tambin en barcos.

El uso de los motores elctricos se ha generalizado a todos los campos de la actividad humana desde que sustituyeran en la mayora de sus aplicaciones a las mquinas de vapor. Existen motores elctricos de las ms variadas dimensiones, desde los pequeos motores fraccionarios empleados en pequeos instrumentos hasta potentes sistemas que generan miles de caballos de fuerza, como los de las grandes locomotoras elctricas

En cuanto a los tipos de motores elctricos genricamente se distinguen motores monofsicos, que Contienen un juego simple de bobinas en el estator, y polfsicos, que mantienen dos, tres o ms conjuntos de bobinas dispuestas en crculo.

Segn la naturaleza de la corriente elctrica transformada, los motores elctricos se clasifican en motores de corriente continua, tambin denominada directa, motores de corriente alterna, que, a su vez, se agrupan, segn su sistema de funcionamiento, en motores de induccin, motores sincrnicos y motores de colector. Tanto unos como otros disponen de todos los elementos comunes a las mquinas rotativas electromagnticas

Motores de corriente continua

La conversin de energa en un motor elctrico se debe a la interaccin entre una corriente elctrica y un campo magntico. Un campo magntico, que se forma entre los dos polos Opuestos de un imn, es una regin donde se ejerce una fuerza sobre determinados metales o sobre otros campos magntico5 Un motor elctrico aprovecha este tipo de fuerza para hacer girar un eje, transformndose as la energa elctrica en movimiento mecnico.

Los dos componentes bsicos de todo motor elctrico son el rotor y el estator. El rotor es una pieza giratoria, un electroimn mvil, con varios salientes laterales, que llevan cada uno a su alrededor un bobinado por el que pasa la corriente elctrica. El estator, situado alrededor del rotor, es un electroimn fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el rotor, dispone de una serie de salientes con bobinados elctricos por los que circula la corriente.

Cuando se introduce una espira de hilo de cobre en un campo magntico y se conecta a una batera, la corriente pasa en un sentido por uno de sus lados y en sentido contrario por el lado opuesto.

As, sobre los dos lados de la espira se ejerce una fuerza, en uno de ellos hacia arriba y en el otro hacia abajo. S la espira de hilo va montada sobre el eje metlico, empieza a dar vueltas hasta alcanzar la posicin vertical. Entonces, en esta posicin, cada uno de los hilos se encuentra situado en el medio entre los dos polos, y la espira queda retenida.

Para que la espira siga girando despus de alcanzar la posicin vertical, es necesario invertir el sentido de circulacin de a corriente. Para conseguirlo, se emplea un conmutador o colector, que en el motor elctrico ms simple, el motor de corriente continua, est formado por dos chapas de metal con forma de media luna, que se sitan sin tocarse, como las dos mitades de un anillo, y que se denominan delgas. Los dos extremos de la espira se conectan a as dos medias lunas.

Dos conexiones fijas, unidas al bastidor del motor y llamadas escobillas, hacen contacto con cada una de las delgas del colector, de forma que, al girar la armadura, las escobillas contactan primero con una delga y despus con la otra.

Cuando la corriente elctrica pasa por el circuito, la armadura empieza a girar y a rotacin dura hasta que la espira alcanza la posicin vertical. Al girar las delgas del colector con la espira, cada media vuelta se invierte el sentido de circulacin de la corriente elctrica. Esto quiere decir que la parte de la espira que hasta ese momento reciba la fuerza hacia arriba, ahora la recibe hacia abajo, y la otra parte al contrario. De esta manera la espira realiza otra media vuelta y el proceso se repite mientras gira la armadura.

El esquema descrito corresponde a un motor de corriente continua, el ms simple dentro de los motores elctricos, pero que rene os principios fundamentales de este tipo de motores.[/size]

Motores de corriente alterna

Los motores de corriente alterna tienen una estructura similar, con pequeas variaciones en la fabricacin de os bobinados y del conmutador del rotor. Segn su sistema de funcionamiento, se clasifican en motores de induccin, motores sincrnicos y motores de colector.[/size]

Motores de induccin

El motor de induccin no necesita escobillas ni colector. Su armadura es de placas de metal magnetizable. El sentido alterno de circulacin, de la corriente en las espiras del estator genera un campo magntico giratorio que arrastra las placas de metal magnetizable, y las hace girar. El motor de induccin es el motor de corriente alterna ms utilizado, debido a su fortaleza y sencillez de construccin, buen rendimiento y bajo coste as como a la ausencia de colector y al hecho de que sus caractersticas de funcionamiento se adaptan bien a una marcha a velocidad constante.

Motores sincrnicos

Los motores sincrnicos funcionan a una velocidad sincrnica fija proporcional a la frecuencia de la corriente alterna aplicada. Su construccin es semejante a la de los alternadores Cuando un motor sincrnico funciona a potencia Constante y sobreexcitado, la corriente absorbida por ste presenta, respecto a la tensin aplicada un ngulo de desfase en avance que aumenta con la corriente de excitacin

Esta propiedad es fa qUe ha mantenido la utilizacin del motor sincrnico en el campo industrial, pese a ser el motor de induccin ms simple, ms econmico y de cmodo arranque, ya que con un motor sincrnic0 se puede compensar un bajo factor de potencia en la instalacin al suministrar aqul la corriente reactiva, de igual manera que un Condensador conectado a la red.

Motores de colector

El problema de la regulacin de la velocidad en los motores de corriente alterna y la mejora del factor de potencia han sido resueltos de manera adecuada con los motores de corriente alterna de colector. Segn el nmero de fases de las comentes alternas para los que estn concebidos los motores de colector se clasifican en monofsicos y Polifsicos, siendo los primeros los ms Utilizados Los motores monofsicos de colector ms Utilizados son los motores serie y los motores de repulsin.

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EL BOBINADO EN IMGENES

Motor desmontado

BOBINADOS CONCNTRICOS

Se dice que un bobinado de corriente alterna es concntrico cuando los lados activos de una misma fase, situados frente a polos consecutivos, son unidos mediante conexiones o cabezas concntricas.

Los bobinados concntricos pueden ser construidos tanto por polos como por polos consecuentes. La forma de ejecutar los bobinados de una y dos fases es por polos, mientras que en los bobinados trifsicos se realizan por polos consecuentes.

CLCULO DE LOS BOBINADOS CONCNTRICOS.-

El proceso de clculo de los bobinados concntricos constituye una excepcin en el conjunto de los bobinados ya que para calcular el cuadro de bobina, es necesario determinar previamente la amplitud de grupo.

La posibilidad de ejecucin de este tipo de bobinado depende del nmero de ranura por polo y fase "Kpq", que deber de cumplir ciertas condiciones:

Bobinados por polos.-

El nmero de ranuras por polo y fase Kpq, debe ser forzosamente un nmero entero par o impar. Si dicho valor es par, todos los grupos tendrn el mismo nmero de bobinas. En cambio, si es impar resulta necesario recurrir a una de las siguientes soluciones.

a: Preparar todos los grupos iguales, pero con la bobina exterior formada de un nmero de espiras mitad que las restantes y colocar en determinadas ranuras dos medias bobinas exteriores, pertenecientes a grupos vecinos de la misma fase. Esto se hace segn la figura 5, en la cual se apreciamos que la ranura A y C son ocupadas por una sola bobina mientras que la ranura B, es ocupada por dos medias bobinas. Estas bobinas exteriores estn formadas cada una de ellas por un nmero de espiras mitad que las bobinas colocadas en A y C.

b: Prepara grupos desiguales, de manera que la mitad de los grupos tengan una bobina ms que las restantes y colocar alternativamente, grupos con distinto nmero de bobinas. En la figura 7, se ve como cada una de las tres ranuras A, B, C, estn ocupadas por una sola bobina, pero al conectarlos, las bobinas A y B estn formando un grupo, mientras el siguiente grupo est formado solamente por la bobina C.

Bobinados por polos consecuentes.- Es conveniente que el nmero de ranuras por polo y fase tenga un valor entero, sea par o impar, ya que en cualquiera de los casos puede ser ejecutado con grupos iguales, formados por un nmero entero de bobinas. Sin embargo, en algunas ocasiones se presentan bobinados por polos consecuentes, cuyo nmero de ranuras por polo y fase tiene un valor entero ms media unidad. Tal bobinado se puede realizar de una forma similar a la indicada en los bobinados por polos en el punto primero.

NUMERO DE BOBINAS POR GRUPO.-

Salvo las excepciones sealadas anteriormente, los bobinados concntricos son ejecutados en una capa por ranura. Por consiguiente el nmero de bobinas que constituyen un grupo vendr dado por las siguientes formulas:

*Por polos consecuentes 1 capa ........

*Por polos consecuentes 1 capa ........

AMPLITUD DE GRUPO.-

En un bobinado concntrico se conoce con el nombre de amplitud de grupo, el nmero de ranuras que se encuentran en el interior de dicho grupo. Para calcular el valor de la amplitud de grupo recordemos que si se quiere que se sumen las f.e.m.s. generadas en los lados activos de las bobinas que forman el grupo, es preciso que stas se encuentren frente a los polos consecutivos, o lo que es igual, que los dos lados activos de un grupo deben estar separados una determinada distancia, que es igual al paso polar.

Ahora bien, en un paso polar debe haber Kpq ranuras por cada fase y en el interior del grupo de una fase tienen que encontrarse las ranuras de las restantes fases.

Por consiguiente resulta, que el valor de la amplitud es igual a: m=(q-1). Kpq. Sustituyendo en esta formula Kpq, por el valor del despejado de las expresiones por polos y por polos consecuentes obtendremos las siguientes expresiones.

Por polos consecuentes ............. m = (q-1).U Por polos .................................. m = (q-1).2U ANCHO DE BOBINA.- En un bobinado concntrico los anchos de bobina que forman un grupo son diferentes. Designando por Y1, Y2 e Y3, segn el lugar que ocupan yendo de Interior al exterior del grupo, se deduce que sus valores son respectivamente:

Y1 = m +1 ; Y2 = m + 3 ;Y3 = m +5

En un bobinado concntrico el ancho medio de bobina o paso medio de ranura, coincide con el valor del paso polar, dicindose entonces que el bobinado tiene un paso diametral.

K

Yp = Yk = ------

2p

BOBINADOS TRIFSICOS CON NUMERO IMPAR DE PARES DE POLOS.-

Los bobinados concntricos de mquinas trifsicas, cuyo nmero de pares de polos es impar, presentan una dificultad, que es salvada colocando un grupo mixto, cuyas dos mitades pertenecen s distinto plano de cabezas de bobinas, es decir, que medio grupo tiene sus cabezas en el plano exterior y el otro medio en el plano interior.

La razn, es que al realizar el bobinado por polos consecuentes, el nmero total de grupos es igual al producto de los nmeros de pares de polos y de fases, al ser el nmero de pares de polos impar, tambin ser impar el nmero total de grupos "3p". En consecuencia, si se hicieran todos los grupos iguales de dos modelos solamente, deberamos preparar de cada uno un nmero de grupos igual a un nmero entero ms media unidad, lo que es fsicamente imposible, quedando resuelta dicha dificultad ejecutando un grupo mixto.

BOBINADOS EXCNTRICOS.-

Se dice que un bobinado de corriente alterna es excntrico cuando los lados activos de una misma fase, situados frente a polos consecutivos, son unidos mediante un solo tipo de conexiones o cabezas, de forma que el conjunto del bobinado est constituido por un determinado nmero de bobinas iguales.

Este tipo de bobinado es normalmente ejecutado por polos, pudiendo ser imbricados o ondulados, ejecutndose indistintamente en una o dos capas por ranura. Los bobinados excntricos pueden ser enteros o fraccionarios, segn resulte el valor del nmero de bobinas por grupo U.

U= K / 2p.q

Al aplicar la formula anterior debemos tener presente que los bobinados de dos capas por ranura, el nmero de bobinas es igual al de ranuras B=K, mientras que los de una capa por ranura, l numero de bobinas es la mitad que el de ranuras B= K/2.

Bobinado imbricados de una capa.-

En estos bobinados, cada lado activo ocupa toda una ranura. En consecuencia las medias cabezas de lado activos colocados en ranuras sucesivas se dirigen alternativamente hacia la derecha e izquierda.

Esto exige que las bobinas de un bobinado de una capa tengan un paso de ranura tal que sus lados activos, estn colocados uno en ranura impar y otro en ranura par. Para que quede cumplimentada esta condicin es necesario que el paso de ranura o ancho de bobina sea forzosamente una cantidad impar. Por otra parte, el paso de ranura debe cumplir la condicin de que su valor ha de ser, aproximadamente igual al paso polar.

Como consecuencia de estas dos condiciones podemos enunciar las reglas referentes al ancho de bobina en los bobinados imbricados de una capa por ranura.

En bobinados trifsicos con paso polar impar, se adoptar un ancho de bobina o paso de ranura Yk igual al paso polar Yp. Tambin puede ser acortado pero en un nmero de ranuras par. Ejemplo:

2p=6

K=54 Yp = K/ 2p= 54/6=9

q=3 Yk= 9 7, nunca 8

En bobinados trifsicos con paso polar par el ancho de bobina debe ser forzosamente acortado, a fin de conseguir que tenga un valor impar. El acortamiento ser de un nmero impar de ranuras. Ejemplo:

2p= 8

K=96 Yp = K/ 2p=96/8=12

q=3 Yk =11 9 7

Proceso de clculo de un bobinado imbricado de una capa.- Los datos necesarios para el clculo son, el nmero de ranura K, el nmero de polos 2p y el nmero de fases q. El procedimiento para empezar los clculos ser el siguiente:

Se determinan el nmero de bobinas que forman un grupo. U= K / 4p.q

De acuerdo con el valor del paso polar Yp, ser elegido el ancho de bobina o paso de ranura Yk. Se elegirn los principios de las fases. Una vez calculado el bobinado, dibujaremos el esquema teniendo en cuenta las siguientes reglas:

Los lados activos situados en ranuras sucesivas deben tener dirigida sus cabezas en distinto sentido.

Los lados activos cuyas cabezas salen en igual sentido deben ser agrupadas en grupos de U lados de la misma fase.

La conexin de los sucesivos grupos de una misma fase ser ejecutada para obtener un bobinado por polos, por lo que se unir final con final, principio con principio. Ejemplo: Calcular bobinado imbricado de una capa, realizado por polos cuyos datos son:

Nmero de ranuras K=12 Nmero de polos 2p= 2 Nmero de fases q= 3

1.- Nmero de grupos del bobinado............ G= 2p.q= 2.3= 6

2.- Nmero de ranuras por polo y fase Kpq = K / 2p.q= 12 / 2.3= 2

3.- Nmero de bobinas por grupo U = K/ 4p.q= 12/12= 1

4.- Paso de polar Yp = K/ 2p = 12/2=6 acortado en una unidad

Yk=1:6

5.- Paso de principio Y120= K/3p =12/3.1=4

6.- Tabla de principio U-1, V-5, W-9.

Bobinados imbricados de dos capas.-

El bobinado imbricado de dos capas es otro tipo de bobinado de bobinas iguales, pero con la caracterstica de estar superpuesto en cada ranura dos lados activos de bobinas distintas.

En este tipo de bobinado no existe condicin que forzosamente imponga un determinado valor al ancho de bobina o paso de ranura, pudiendo ser elegido tanto diametral como acortado, segn convenga.

Proceso de clculo de un bobinado imbricado de dos capas.- Los datos necesarios son el nmero de ranuras K, nmero de polos 2p y nmero de fases q. El proceso de calculo es el siguiente:

En los bobinados de dos capas, el nmero de bobinas es igual al nmero de ranuras, es decir B=K, por lo que el nmero de bobinas por grupo ser igual a: U= B/ 2pq

Se elegir el ancho de bobina de acuerdo con el paso polar. Se elegir los principios de fases, sobre el cuadro correspondiente. Para dibujar el esquema se deben numerar solamente los lados activos de la capa superior. La conexin de los grupos sucesivos de una fase ser ejecutada por polos.

Ejemplo: Realizar esquema del bobinado imbricado de dos capas cuyos datos son:

Nmero de ranuras K = 12 Nmero de polos 2p = 2 Nmero de fases q = 3

1) Nmero de grupos del bobinado. G=2p.q=2.3=6

2) Nmero de ranuras por polo y fase Kpq= K /2p.q=12/2.3=2

3) Nmero de bobinas por grupo. U= K/2p.q= 12/2.3=2

4) paso de ranura Yp= K/ 2p= 12/2=6

Yk= 1:7

5) Paso de principio Y120= K/3p=12/3.1=4

6) Tabla de principios U-1, V-5, W-9

Motores de dos velocidades. Conexin Dahlander.-

Un bobinado imbricado puede ser ejecutado para que con l puedan ser conseguidas dos velocidades distintas, en relacin 2:1. Esta ejecucin especial recibe el nombre de conexin Dahlander. Esta forma de conexin ser ejecutada teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

Ser un bobinado imbricado de dos capas por ranura y su ancho de bobina ser aproximadamente diametral con respecto al mayor nmero de polos, o ser acortado a la mitad del paso polar, que corresponde al menor nmero de polos. Yk= K / 2p

El nmero de grupos de bobinas de cada fase, ser igual al nmero menor de polos. Gf = 2p

Estos grupos de bobinas, se distribuirn en dos mitades exactamente iguales, una de las cuales estar formada por todos los grupos impares de esa fase y la otra, por todos lo s grupos pares. Realizando las conexiones de los grupos por polos consecuentes.

Las dos mitades de cada fase estarn unidas mediante un puente. De cada fase, se tomarn tres salidas, correspondientes al principio, final y puente medio.

Conceptos Generales Corriente Continua

Bobina: Recibe el nombre de bobina cada uno de los conjuntos compactos de espiras que unidos entre si forman el bobinado inducido de la mquina. Van alojadas en las ranuras de las armaduras. Estn compuestas de lados activos y cabezas.

Nmero de polos de las mquinas rotativas: En todo circuito magntico se distinguen polos Norte, zonas donde salen las lneas de fuerza del flujo, y polos Sur, zonas por donde entran estas lneas de fuerza del flujo.

El nmero total de polos de una mquina se designa por 2p, por lo que p es el nmero de pares de polos.

N total de polos = 2p

N de pares de polos = p

Paso polar:

Es la distancia que existe entre los ejes de dos polos consecutivos, tomada sobre arco de circunferencia de entrehierro o en nmero de ranuras.

Designando por D al dimetro de dicha circunferencia y siendo 2p el nmero de polos de la mquina, el valor del paso polar en centmetros, valdr:

Para este estudio es mucho ms interesante conocer el paso polar expresado en n de ranuras. Para determinarlo expresemos por K el nmero total de ranuras de la armadura, con lo que el paso polar valdr:

Este valor puede ser nmero entero de ranuras o un nmero fraccionario.

Paso de ranura: Se representa por Yk, y es el nmero de ranuras que es preciso saltar para ir desde un lado activo de una bobina hasta el otro lado activo. Este paso tiene que ser forzosamente entero. A veces es designado como ancho de bobina. En la figura este paso es de 8 ranuras.

Su valor es aproximadamente igual al paso polar y debe ser forzosamente un nmero entero.

Paso diametral:

Se dice que el paso de ranura es diametral, cuando su valor es exactamente igual al paso polar.

Paso acortado:

Cuando el paso de ranura es menor que el paso polar.

Paso alargado:

Cuando el paso de ranura tiene un valor superior al paso polar.

Razones para tomar un paso acortado o alargado:

Cuando el paso polar resulta de un valor fraccionario, es imposible tomarlo como paso de de ranura, ya que ste debe ser exactamente entero. As pues, la exigencia fsica del paso de ranura obliga a tomar un valor diferente al paso polar, sea acortado o alargado.

A veces se acorta el paso, por exigirlo el clculo de la mquina, para disminuir el estorbo entre las cabezas de bobinas o por otras razones de funcionamiento.

En los bobinados de corriente continua no es conveniente acortar o alargar el paso de ranura por razones derivadas de la buena marcha de la conmutacin, sobre la cual influye desfavorablemente cualquier acortamiento o alargamiento del paso. Estos efectos perjudiciales son an ms sensibles en las mquinas provistas de polos auxiliares o de conmutacin.

Por consiguiente, podemos enunciar las dos reglas siguientes, que deben ser estrictamente cumplidas:

Mquinas con polos auxiliares.- Solamente se podr acortar o alargar el paso de ranura en los casos en que el paso polar tenga un valor fraccionario. El acortamiento o alargamiento ser menor que una ranura, justamente la fraccin necesaria para que el ancho de bobina tenga un valor entero exacto.

Mquinas sin polos auxiliares.- En los bobinados de esta mquinas, se consiente un acortamiento algo mayor, por lo que adems de la fraccin indicada en la regla 1, podr acortarse hasta una ranura mas....

Bueno gente de T! Espero que les haya gustado mi post ... comenten ... y por ahi se les escapa algun puntin ... jajaja .. cualquier consulta sobre bobinados manden MP !! ILCAPO_65 ...