Motores de Fase Partida

[INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL] NACIONAL ]

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Instituto Politecnico Nacional ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA ESIME UA

Profesor : Materia: Maquinas eléctricas Trabajo: Proyecto Grupo: 4MM3 Equipo: 8

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Maquinas eléctricas

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INTRODUCCION Se ha dicho que si los antiguos Romanos, con su civilización y conocimiento avanzados de las ciencias, hubieran podido desarrollar el motor de vapor, el curso de la historia habría sido diferente. El desarrollo del motor eléctrico en épocas modernas ha indicado la verdad en esta teoría. El desarrollo del motor eléctrico nos ha dado los medios más eficientes y más eficaces para realizar un trabajo. Con el motor eléctrico hemos podido reducir notablemente el trabajo que realiza el hombre para su supervivencia, además, hemos podido construir una civilización que ahora está alcanzando las estrellas. El motor eléctrico es un dispositivo simple en principio, convierte energía eléctrica en energía mecánica. Al paso de los años, los motores eléctricos han cambiado substancialmente en diseño, no obstante los principios básicos de operación han seguido siendo iguales. En esta sección, mencionaremos los principios básicos del motor, los fenómenos del magnetismo, operación actual y básica de los motores de CA. Los motores de fase partida en general constan de una carcasa, un estator formado por laminaciones, en cuyas ranuras aloja las bobinas de los devanados principal y auxiliar, un rotor formado por conductores a base de barras de cobre o aluminio embebidas en el el rotor y conectados por medio de anillos de cobre en ambos ambos extremos, denominado lo que se conoce como una jaula de ardilla. Se les llama así, por que se asemeja a una jaula de ardilla. Fueron de los primeros motores monofásicos usados en la industria, y aún permanece su aplicación en forma popular. Estos motores se usan en: máquinas herramientas, ventiladores, bombas, lavadoras, secadoras y una gran variedad de aplicaciones; la mayoría de ellos se fabrican en el rango de 1/30 (24.9 W) a 1/2 HP (373 W). W). Antes de describir los principios principios básicos del del motor de fase partida, daremos una revisión del magnetismo y todos los temas tratados a través del semestre y que de una u otra manera tienen que ver con el desarrollo del tema.

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Todos sabemos que un imán permanente atraerá objetos de metal cuando el objeto está cerca o en contacto con dicho imán. El imán puede hacer esta función permanente debido a su fuerza magnética inherente, referida como "campo magnético". En la Figura 1, el campo magnético de dos imanes permanentes es representado por las "líneas del flujo". Estas líneas del flujo nos ayudan a visualizar el campo magnético de cualquier imán aunque representan solamente fenómenos invisibles. El número de líneas del flujo varía a partir de un campo magnético a otro. Cuanto más fuerte es el campo magnético, mayor es el número de las líneas del flujo que se dibujan para representar el campo magnético. Las líneas del flujo se dibujan con una dirección indicada puesto que debemos visualizar estas líneas y el campo magnético que representan movimientos que van del polo N al polo S, según lo demostrado en la Figura 1. Un campo magnético similar, se produce alrededor de un conductor eléctrico, cuando circula corriente eléctrica a través de él, según lo demostrado en la Figura 2-a. Estas líneas del flujo definen el campo magnético y están en la forma de círculos concéntricos alrededor del alambre. La vieja "regla de la mano izquierda" véase la Figura 2-b. indica que sí usted señala con el pulgar de su mano izquierda la dirección de la corriente, sus dedos señalarán la dirección que presenta el campo magnético.

Las líneas del flujo de un campo magnético viajan del polo N al polo S.

El flujo de la corriente eléctrica en un conductor genera un campo magnético representado por las líneas concéntricas de flujo alrededor del conductor.

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Las líneas magnéticas que circulan alrededor de un conductor salen del polo N y entran al polo S. Cuando el alambre forma una bobina (véase Figura 3), todas las líneas individuales del flujo producidas por cada sección del alambre forman un gran campo magnético alrededor de la bobina. Como con el imán permanente, estas líneas del flujo dejan el norte de la bobina y vuelven a entrar la bobina por el polo sur. El campo magnético de una bobina de alambre es mucho mayor que el campo magnético generado alrededor de un simple conductor antes de ser formada en una bobina. Este campo magnético alrededor de la bobina puede ser consolidado aún más colocando una base de hierro o de metal similar en el centro de la base. La base del metal presenta menos resistencia a las líneas del flujo que al aire, de tal modo la fuerza del campo puede aumentar. (así es como se realiza la bobina del estator, bobina de alambre con base de acero). La ventaja de un campo magnético que sea producido por una bobina, es que cuando se invierte la corriente, los postes cambian de dirección debido al cambio de dirección flujo magnético (véase Figura 4). Si este fenómeno magnético no se presentara, el motor de CA no existiría.

Los polos de una bobina electromagnética cambian cuando la dirección del flujo actual cambia. Propulsión magnética del motor El principio de operación de los motores se puede demostrar fácilmente usando dos electroimanes y un imán permanente. La corriente se pasa a través de la bobina No. 1 en dirección al polo Norte establecido y a través de la bobina No. 2 en dirección al polo Sur. Un imán permanente con un polo Norte y Sur es la pieza móvil de este motor simple. En la figura 5-a el polo Norte del imán permanente está enfrente del polo Norte del electroimán. De manera semejante, los polos Sur están uno enfrente del otro. Como los polos magnéticos iguales se rechazan, empieza a girar el imán permanente. Cuando la fuerza de atracción entre los polos opuestos llega a ser lo suficientemente fuerte, el imán gira permanente. El imán rotativo continúa cambiando

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de dirección hasta que los polos opuestos se alinean. En este punto el rotor normalmente se detendría por la atracción entre los polos diferentes (Figura 5-b).

Propulsión magnética del motor Sí la dirección de corrientes en las bobinas electromagnéticas fue invertida repentinamente, por consiguiente se invierte la polaridad de las dos bobinas, entonces, los polos otra vez sería opuestos y se repelerían entre ellos (Figura 5-c). Por lo tanto, el imán permanente continuaría rotando. Si la dirección actual en las bobinas electromagnéticas fuera cambiada todo el tiempo, el imán daría vuelta 180 grados a medio camino, entonces el imán continuaría rotando. Este dispositivo sencillo es un motor en su forma más simple. Un motor real es más complejo, sin embargo, el principio es igual. Corriente Alterna (CA) ¿Cómo es que cuando se invierte la corriente en la bobina puede cambiar la polaridad de las mismas?. Como sabemos, la diferencia entre la Corriente Directa (CD) y la Corriente Alterna (CA) es que con la CD la corriente fluye solamente en una dirección, mientras que con la CA la dirección del flujo de corriente actual cambia periódicamente de dirección. En el caso de la CA común que se utiliza a través de la mayoría de los países, el flujo actual cambia de dirección 120 veces por segundo. Esta corriente se refiere a la “CA de 60 o ciclos" o "CA de 60 Hertz" en honor del Sr. Hertz que fue la primera persona que concibió el concepto de la corriente de la CA. Otra característica del flujo de corriente actual es que puede variar en cantidad, es decir, podemos tener un flujo de 5, 10 ó 100 Amperes, por ejemplo. Con la CD absoluta, esto significa que el flujo actual sería de 5, 10 ó 100 Amperes continuos (véase Figura 6).

Visualización de la CD Con la CA es diferente. Sería bastante difícil que la corriente fluya de desde el punto de vista de 100 amperios en una dirección positiva e inmediatamente después esté fluyendo con dirección negativa de igual intensidad. En lugar de eso, como la corriente se alista para cambiar de direcciones, primero disminuye hasta que alcanza el flujo 5

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cero y después se acumula gradualmente en la otra dirección (véase Figura 7). Observe que el flujo actual máximo (los picos de la línea) en cada dirección es más que el valor especificado (100 Amperes). Por lo tanto, el valor especificado se da como valor promedio. Realmente se llama "raíz cuadrada media", Lo que es importante en nuestro estudio de motores, es darse cuenta de que la fuerza del campo magnético producido por una bobina electromagnética de CA, aumenta y disminuye con el incremento y disminución del flujo de corriente alterna.

Visualización de la CA Operación básica del motor de CA Un motor de CA tiene dos partes eléctricas básicas: un "estator" y un "rotor", como se muestra en la Figura 8. El estator está en el componente eléctrico estático. Consiste en un grupo de electroimanes individuales dispuestos de una manera tal que formen un cilindro hueco, con un polo de cada cara de los imanes hacia el centro del grupo. El término, "estator" se deriva de la palabra estática. El rotor es el componente eléctrico rotativo, el cual consiste en un grupo de electroimanes dispuestos alrededor de un cilindro, con los polos haciendo frente hacia los polos del estator. El rotor, está situado obviamente dentro del estator y montado en el eje del motor. El término "rotor" se deriva de la palabra rotar. El objetivo de estos componentes del motor es hacer que el rotor gire sobre el eje del motor. Esta rotación ocurrirá debido al fenómeno magnético previamente discutido que los polos opuestos se atraen y polos iguales se rechazan. Si cambiamos progresivamente la polaridad de los polos del estator de una manera tal que su campo magnético combinado rote, entonces el rotor seguirá girando con el campo magnético del estator.

Componentes eléctricos básicos de un motor de CA. En la Figura 9 se muestra como van rotando los campos magnéticos del estator. De acuerdo con la figura, el estator tiene seis polos magnéticos y el rotor tiene dos polos. En el tiempo 1, los polos A-1 del estator y el C-2 son polos Norte y los polos opuestos, A-2 y C-1, son los polos sur. El polo S del rotor es atraído por los dos polos N del estator 6

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y el polo N del rotor es atraído por los dos polos del sur del estator. En el tiempo 2, la polaridad de los postes del estator se cambia de modo que ahora el C-2 y B-1 son los polos N y C-1 y B-2 son los polos S. Entonces el rotor se ve forzado a rotar 60 grados para alinearse con los polos del estator según lo demostrado en la figura. En el tiempo 3, B-1 y A-2 son los polos N. En el tiempo 4, A-2 y C-1 son los polos N. Mientras que se realiza cada cambio, los polos del rotor son atraídos por los polos opuestos en el estator. Así, como el campo magnético del estator rota, el rotor se ve forzado a rotar con él.

Rotación del campo magnético de un motor de CA. Una forma para producir un campo magnético que rota en el estator de un motor de CA es utilizar una fuente de alimentación trifásica para las bobinas del estator. La figura 7 muestra la energía monofásica. El generador de CA asociado produce justamente un flujo de corriente eléctrica cuya dirección e intensidad descienden según lo indicado por la línea continua de la gráfica. Del tiempo 0 al tiempo 3, la corriente fluye en el conductor en dirección positiva. Del tiempo 3 al tiempo 6, la corriente fluye en dirección negativa. En cualquier tiempo, la corriente fluye solamente en una dirección. Pero algunos generadores producen flujos en tres fases separadas en el mismo circuito. A esto se refiere la energía trifásica. En ningún un instante, sin embargo, la dirección y la intensidad de cada flujo actual separado no es igual al de las otras fases (véase Figura 10). Las tres fases separadas (flujos actuales) se etiquetan A, B y C. En el tiempo 1, ponga en fase A está en los Amperes cero, la fase B está cerca de su amperaje máximo y fluye en dirección positiva, y la fase C está cerca a su amperaje máximo pero fluye en dirección negativa. En el tiempo 2, el amperaje de la fase A está aumentando y el flujo es positivo, el amperaje de la fase B está disminuyendo y su flujo sigue siendo negativa, y la fase C ha caído a los amperes cero. Un ciclo completo (a partir de cero al máximo en una dirección, de cero al máximo en la otra dirección, y de nuevo a cero) toma una revolución completa del generador. Por lo tanto, un ciclo completo, se dice que tiene 360 grados eléctricos. En la figura 10, vemos que cada fase está desplazada 120 grados a partir de las otras dos fases. Por lo tanto, decimos que son 120 grados fuera de fase.

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Patrón de fases separadas de la energía trifásica Para producir un campo magnético que rota en el estator de un motor de CA trifásico, se necesita que las bobinas del estator estén correctamente conectadas a la fuente de alimentación de corriente. La conexión para un estator de 6 postes se muestra en la Figura 6. Cada fase de la fuente de alimentación trifásica está conectada con los polos opuestos y las bobinas asociadas se bobinan en la misma dirección. Como usted recordará, en la Figura 4, la polaridad de los polos del electroimán es determinada por la dirección de la corriente que circula por la bobina. Por consiguiente, si dos electroimanes opuestos del estator se bobinan en la misma dirección, la polaridad de los polos opuestos debe de estar enfrente. Por lo tanto, cuando el polo A1 es N, el polo A2 es S. Cuando el polo B1 es N, B2 es S y así sucesivamente

Método para conectar energía trifásica con un estator de seis polos. La Figura 12. muestra cómo se produce el campo magnético que rota. En el tiempo 1, el flujo actual en los polos de la fase "A" es positivo y el polo A-1 es N. El flujo actual en los polos de la fase "C" es negativo, haciendo C-2 un polo N y C-1 el polo S. No hay flujo actual en la fase "B", así que estos polos no se magnetizan. En el tiempo 2, las fases han cambiado de puesto 60 grados, haciendo los postes C-2 y B-1 N y C-1 y B-2 ambos polos S. Así, el flujo magnético produce el cambio de polaridad en las bobinas provocando que los polos resultantes N y S se mueven a la derecha alrededor del estator, lo que resulta en una rotación del campo magnético. Por lo tanto, el rotor actúa como un imán de barra arrastrado por el campo magnético que rota. 8

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Cómo la energía trifásica produce un campo magnético que rota. Hasta este punto poco se ha dicho acerca del rotor. En los ejemplos anteriores, se ha asumido que los polos del rotor son bobinas como los polos del estator provistos con CD para crear polos fijos en polaridad. Así es exactamente cómo funciona un motor de CA síncrono. Sin embargo, la mayoría de los motores de CA que son utilizados actualmente no son motores síncronos. En lugar de eso, los motores de inducción son los que prevalecen en la industria. ¿Cuál es la diferencia del motor de inducción? La gran diferencia es la manera en la que se provee la corriente al rotor. Ésta no es ninguna fuente de alimentación externa, en lugar de eso, se utiliza la técnica de inducción, la cual es un fenómeno natural que ocurre cuando un conductor (las barras de aluminio en el caso de un rotor, véase el Figura 13) se mueve a través de un campo magnético existente o cuando un campo magnético se pasa a un conductor. En cualquier caso, el movimiento relativo provoca que la corriente eléctrica circule por el conductor. Esto se refiere al flujo actual "inducido". En otras palabras, en un motor de inducción el flujo actual del rotor no es causado por cualquier conexión directa de los conductores a una fuente de voltaje, sino por la influencia de los conductores del rotor que provocan el corte de las líneas del flujo producidas por los campos magnéticos del estator. La corriente inducida que se produce en el rotor da lugar a un campo magnético alrededor de los conductores del rotor según lo mostrado en la Figura 14. Este campo magnético alrededor de cada conductor del rotor hará que cada conductor actúe como un imán permanente (véase Figura 9). Como el campo magnético del estator alterna debido al efecto de suministro de CA trifásica, el campo magnético inducido del rotor será atraído y seguirá la rotación. El rotor está conectado con el eje del motor, así que el eje rotará y conducirá la carga de la conexión. Así es como funciona un motor.

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Construcción de un rotor del motor de inducción de la CA.

Cómo el voltaje se induce en el rotor, dando por resultado flujo actual en los conductores del rotor.

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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. Esta norma consiste en la ejecución de una serie de pruebas y ensayos con objeto de descubrir la clase exacta de avería que sufre el motor. Estas pruebas le dan a conocer a la persona que opera el motor si las reparaciones serán de poca importancia o más importantes. Resumiremos la serie de pruebas necesarias para identificar y localizar las posibles averías de un motor en el orden lógico con que se deben ejecutar: * Inspeccionar visualmente el motor, con objeto de descubrir averías de índole mecánica . * Comprobar si los cojinetes se hallan en buen estado. * Verificar si algún punto de los arrollamientos de cobre están en contacto, por defecto del aislamiento, con los núcleos de hierro estatórico o retórico. Esta operación se llama PRUEBA DE TIERRA O DE MASA, y se efectúa mediante una lámpara de prueba. * Una vez comprobado que el rotor gira sin dificultad, la prueba siguiente sería poner el motor en marcha. Para esto se conectan los bornes del motor a la red de alimentación a través de un interruptor adecuado, y se cierra el mismo por espacio de unos segundos. Si existe algún defecto interno en el motor puede ocurrir que salten los fusibles, que los arrollamientos humeen, que el motor gire lentamente o con ruido, o que el motor permanezca parado. Cualesquiera que sea el caso indicaría la existencia de una avería interna, que por regla sería un arrollamiento quemado. Entonces es preciso desmontar los escudos y el rotor e inspeccionar más detalladamente los arrollamientos. Si las pruebas anteriores demuestran que los arrollamientos del motor están quemados o que existen muchos cortocircuitos entre espiras, es preciso rebobinar el motor para dejarlo nuevamente en óptimas condiciones. La reparación de un motor de fase partida con un arrollamiento averiado comprende varias operaciones independientes, las más importantes son: 11

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1- toma de datos 2-extracción del arrollamiento defectuoso 3-aislamiento de las ranuras 4-rebobinado 5-conexión del nuevo arrollamiento 6-verificación eléctrica del mismo y 7-secado e impregnación. Procederemos a dar una explicación breve de cada paso: Toma de datos: es una de las más importantes, consiste en anotar cuidadosamente los datos esenciales relativos al arrollamiento primitivo, con el fin de no tropezar con dificultades al rebobinar el motor. Extracción de las bobinas del estator: cuando sólo 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 por el lado opuesto. A veces pueden sacarse los conductores de las ranuras tras retirar las cuñas que los mantienen sujetos. Cuando es todo el estator 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. Aislamiento de las ranuras: tras la ejecución de lo anterior, el motor se halla desmontado y listo para ser rebobinado. 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. Rebobinado: un motor de fase partida puede rebobinarse de tres maneras distintas: A mano: este procedimiento puede emplearse tanto para el arrollamiento de trabajo como el de arranque, y además posee dos ventajas principales: permite un embobinado más compacto - hace innecesario el uso de hormas, moldes, etc. -es el que utilizamos en nuestro rebobinado. Con bobinas moldeadas: con este sistema se moldean primero las bobinas sobre una horma, plantilla o gálibo de madera o metal, se sacan luego del molde y se colocan finalmente en las ranuras correspondientes. Es el procedimiento más común para rebobinar motores de fase partida. Con madejas: este procedimiento se usa principalmente para el arrollamiento de arranque. Para esta forma de devanado se usa una sola bobina (madeja) para cada polo, suficientemente grande para que pueda ser alojada en todas las ranuras abarcadas por la totalidad de las secciones individuales que integran un polo. Conexión de los polos: una ves bobinados todos los polos de un motor, la próxima operación consiste en conectar entre sí sus respectivos arrollamientos. No importando el número de polos del motor, es indispensable que dos polos consecutivos, cualquiera, sean de signo contrario. Esto se logra conectándolos entre sí de manera que la corriente circule por las espiras de un polo en el •

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sentido de las manecillas del reloj y por las espiras del polo siguiente en sentido contrario al de las agujas del reloj; ambos sentidos seguirán alternando de modo análogo para los polos restantes. Verificación de polos: una ves terminado el rebobinado y efectuado las correspondientes conexiones es muy conveniente verificar eléctricamente uno y otras con objeto de de detectar posibles cortocircuitos entre espiras, contactos a masa, conexiones erróneas o interrupciones. Secado e impregnación: cuando ya se ha verificado todas las conexiones entre polos, y los cables flexibles de conexión a la red han sido empalmados a sus respectivos terminales y sujetados a los arrollamientos, se introduce el estator en una estufa de secado, donde debe permanecer aproximadamente una hora a una temperatura de unos 120ºC. Con este precalentamiento se consigue eliminar la humedad de los arrollamientos y facilitar así la posterior penetración del barniz. Seguidamente se sumerge el estator en un baño de barniz aislante adecuado al tipo de conductor empleado.

Diagrama de un motor monofásico de fase partida

Diagrama fasorial de corrientes y voltajes de un motor de fase partida

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Diagrama de pasos de un motor de fase partida

Inversión del sentido de giro La inversión del sentido de giro resulta una operación muy sencilla en un motor de f ase partida pues basta para ello permutar la conexión de los terminales del embobinado de trabajo o del embobinado de arranque

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Dispositivo de protección contra sobre carga La mayoría de los motores monofásicos son de efecto térmico y sirven como 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 biometálico conectado en serie con la línea de alimentación El elemento esta formado por dos laminas 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

Conexión interna del elemento de protección

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Como funciona un motor

El típico motor de inducción de una fase se usa para convertir energía eléctrica en energía mecánica, en los equipos de uso domésticos, como son las lavadoras, secadoras, refrigeradores y calentadores. Muchos dispositivos que ahorran tiempo de trabajo y que usamos a diario están activados por motores eléctricos. Los más obvios (taladros, procesado res de alimentos, ventiladores y aspiradoras) no nos sorprenden, porque podemos oír el motor tan pronto como se conecta el interruptor o se presiona el gatillo. Otras aplicaciones, como un refrigerador, lavadora de platos y hornillos para la calefacción, son menos evidentes. En éstos, el motor asume un papel de respaldo, proporcionando la energía necesaria para mantener funcionando un equipo complejo. En ambos casos,

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el motor suministra energía mecánica. Pero algo único sobre un motor eléctrico es que genera su energía mecánica de la corriente eléctrica. Aunque hay muchos tipos de motores eléctricos, todos ellos utilizan un fenómeno común que enlaza la energía eléctrica con la mecánica: el magnetismo.

Magnetos y electricidad Cada magneto está rodeado por un campo o fuerza que se mueve a través y alrededor de él, para crear una polaridad de norte a sur. Y, como nos enseñaron en física, los polos similares de dos magnetos se repelen mutuamente y los polos opuestos se atraen el uno al otro. La esencia de un motor eléctrico consiste en usar un magneto para mover a otro. Toda corriente eléctrica siempre está acompañada por un campo magnético. Un alambre de cobre, el que normalmente no se ve afectado por un campo magnético, se vuelve magnético cuando se envía una corriente a través del mismo. Al enrollar el alambre en una bobina, se consigue concentrar el campo magnético. Y al colocar una barra de hierro dentro de la bobina, se amplifica el efecto. El resultado es que se obtiene un magneto eléctrico. Un extremo de la barra es el polo positivo y el otro extremo el polo negativo. Al cambiar la dirección de la corriente, también se cambia la polaridad.

1 El motor simplificado de CA (arriba a la derecha) se compone de un magneto eléctrico colocado sobre un magneto permanente, montado en un pivote. Cuando la corriente es enviada a través del enrollado, el magneto permanente gira para que los polos opuestos se alineen. A medida que la CA cambia de dirección, el magneto 19



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permanente continúa girando para alinear los polos opuestos. El motor de inducción de dos polos (abajo a la derecha) tiene un estator que genera un campo magnético a través del rotor. La corriente eléctrica inducida en el rotor crea un campo magnética que hace girar el rotor para alinearlo con los polos del estator. Con cada ciclo de la CA, el rotor gira 360°. La velocidad es determinada por el número de ciclos por segundo.

Un motor simple Si se monta un magneto permanente en un pivote, junto a un magneto eléctrico, y se conecta la corriente, el magneto permanente se alineará a sí mismo con el magneto eléctrico, a medida que su polo positivo es atraído por el polo negativo del magneto eléctrico (Fig. 1 ). Si se cambia la dirección de la corriente en el momento correcto, se consigue que el magneto dé una rotación de 180°. Si se continúa haciendo cambiar la dirección de la corriente a los intervalos apropiados, el magneto permanente girará. Aunque hay varias maneras de hacer que la corriente cambie de dirección, la corriente alterna (CA) realiza esta labor de una forma automática. En esta corriente el voltaje pasa por un ciclo desde cero hasta una cúspide positiva, y de allí nuevamente desciende a cero, y entonces repite este proceso mientras la corriente fluye en la dirección opuesta. La corriente normal de uso doméstico repite este proceso de cambio 60 veces cada segundo. Los motores de inducción Los motores más comunes hallados en los equipos electrodomésticos, como un refrigerador o una estufa de calefacción, son motores de inducción. La inducción electromagnética ocurre cuando un conductor corta a través de un campo magnético. El campo magnético genera un flujo de corriente en el conductor sin que exista un contacto físico. Un motor de inducción tiene un centro rotatorio, o rotor, el que está hecho de un anillo de conductores no magnéticos, conectados en los extremos, y contenidos en un cilindro laminado en acero. El rotor está rodeado por un enrollado con un campo estacionario, el que es llamado estator (que significa circuito fijo). En su forma más simple, el estator tiene dos polos (norte y sur) que crean un campo electromagnético a través del propio estator. Este campo induce una corriente en el rotor que, a su vez, genera un campo magnético. La interacción entre el campo magnético inducido en el rotor y el campo magnético del estator, que varía con la corriente alterna (CA), fuerza al rotor a girar. El número de polos en el estator, conjuntamente con la frecuencia de la corriente alterna (60 ciclos por segundo), determina la velocidad a la cual el campo magnético trata de hacer girar el rotor (la velocidad sincrónica). En teoría, un motor de dos polos gira una revolución completa en cada ciclo de la corriente alterna, o sea: 3.600 revoluciones por minuto. Si se cambia aun motor de cuatro polos, entonces el campo magnético solamente gira 1802 durante cada ciclo, a una velocidad de 1.800 rpm. Sin embargo, la velocidad real de un motor típico de inducción se retrasa con respecto a la velocidad sincrónica. Esta pérdida, llamada de deslizamiento, hace que las velocidades usuales reales sean de 3.450 y 1.725 rpm respectivamente. 20



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Desde luego, este motor teórico solamente funcionará si es conducido a su velocidad de operación por alguna otra fuente. En la práctica, hay varias formas de hacer que las cosas se muevan. En un sistema de tres fases, la corriente está compuesta de tres ciclos de voltajes iguales funcionando de forma concurrente. Cuando cada uno de esos ciclos alimenta su respectivo enrollado en el estator, un campo magnético rotatorio es producido, al que inmediatamente sigue el rotor (Fig. 2). Los motores de una fase única a menudo utilizan en el estator un alambrado separado de arranque. Conjuntamente con el capacitador, este enrollado de arranque genera un campo magnético que está fuera de fase con el enrollado del campo primario. Esto trae como resultado un campo rotatorio que hace girar el rotor. Cuando el rotor alcanza velocidad, entonces un interruptor centrífugo desconecta el alambrado de arranque de la fuente de energía.

Los motores que usan inducción están hechos de una variedad de diseños con características de funcionamiento hechas a la medida del trabajo a realizar. Los motores de fase dividida vienen en tamaños de potencias con caballajes fraccionales, para activar accesorios de servicio ligero y herramientas motrices. Los motores con capacitadores de arranque comúnmente son usados en maquinarias y tienen potencia de hasta 10 caballos.

Motores universales de CD El taladro eléctrico común utiliza una clase diferente de motor. En donde un motor de inducción genera corriente (y también su campo magnético acompañante) en el rotor, la corriente directa (CD) y los motores universales le envían corriente al rotor, a través de un contacto físico directo, el que usualmente es llamado la armadura. La corriente es enviada a la armadura a través de bloques de carbón, o escobillas, que sostienen un componente que es comúnmente llamado conmutador. El conmutador dirige la

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corriente a través del enrollado de la armadura, donde su campo magnético tiene una interacción con el propio campo magnético del enrollado estacionario. En su forma básica de corriente directa (CD), un conmutador de dos segmentos es simplemente un interruptor que invierte la polaridad del flujo de corriente a través de la armadura (Fig. 3). Como tal, el conmutador convierte la corriente directa a una forma de corriente alterna, y la armadura es forzada a girar como se explicó en los motores de corriente alterna. En la práctica, el conmutador tiene muchos segmentos aislados (cada uno de ellos está conectado a un enrollado en la armadura) para generar un campo magnético rotatorio que haga girar la armadura. Los motores universales son similares a los motores de corriente directa, pero a los mismos se le hacen ciertas modificaciones, de manera que puedan funcionar tanto con corriente alterna como con corriente directa.

EL SISTEMA DE ARRANQUE Cuando se diseñó y construyó el primer motor de combustión interna a gasolina, uno de los problemas que tuvo fue dar el primer impulso al cigüeñal para conseguir el primer tiempo vivo. La solución se encontró al usar una manivela, dando movimiento a mano hasta encontrar el punto preciso para conseguir el primer impulso o chispazo que inicie el funcionamiento del motor. Este primer problema se superó con la construcción y uso del motor de marcha (arranque) accionado mecánicamente con un contacto en el piso, a manera de botón que en sí, era el puente para conectar el circuito eléctrico que moviera el arrancador y a su vez, movía el cigüeñal y era posible encontrar con facilidad el primer impulso de inicio de funcionamiento del motor; de esta manera se dejo de usar la manivela de arranque. Actualmente se tiene un arranc ador moderno con mando magnético accionado por un botón en el tablero o un contacto de retorno automático en la llave de encendido o llave de contacto.

FINALIDAD DEL SISTEMA DE ARRANQUE El sistema de arranque tiene por finalidad de dar manivela al cigüeñal del motor para conseguir el primer impulso vivo o primer tiempo de expansión o fuerza que inicie su funcionamiento. El arrancador consume gran cantidad de corriente al transformarla en energías mecánica para dar movimiento al cigüeñal y vencer la enorme resistencia que opone la mezcla al comprimirse en al cámara de combustión. Una batería completamente cargada puede quedar descargada en pocos minutos al accionar por mucho tiempo el interruptor del sistema de arranque, se calcula que el arrancador tiene un

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consumo de 400 a 500 amperios de corriente y entones nos formamos una idea de que una batería puede quedar completamente descargada en poco tiempo, por eso no es recomendable abusar en el accionamiento del interruptor de arranque.

Interruptor de encendido

Cremallera Engranaje Piñon

Arrancador Batería

FUNCIÓN DE LA MARCHA Puesto que un motor es incapaz de arrancar sólo por el mismo, su cigüeñal debe ser girado por una fuerza externa a fin de que la mezcla aire-combustible sea tomada, para dar lugar a la compresión y para que el inicio de la combustión ocurra. El arrancador montado en el bloque de cilindros empuja contra un engranaje motriz cuando el interruptor de encendido es girado, una cremallera engancha con el volante y el cigüeñal es girado.

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FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE El motor de arranque funciona como un motor eléctrico, con un piñón y un dispositivo para guiar el piñón en la rueda dentada del volante. Exteriormente, la armadura, las zapatas polares y el devanado de excitación son semejantes a los del generador. El devanado de excitación se conecta en serie, funcionando como el motor gracias a la corriente principal se adapta bien a la marcha, debido a que, por su elevado par motor, consigue desde el principio sobrepasar la resistencia impuesta por el motor. La relación de transmisión entre el anillo y la cremallera es de aproximadamente 20:1. En esta alta relación de transmisión el piñón no permanece engranado continuamente puesto que el motor de marcha alcanzaría una frecuencia de giro demasiada alta. Por ende, se necesita un dispositivo especial de desenganche, con el fin de que haya separación entre el motor principal y el de marcha, cuando la frecuencia de giro del motor sobrepase cierto valor.

ESTRUCTURA DEL MOTOR DE ARRANQUE La constitución interna de un motor de arranque (o arrancador) es similar a un motor eléctrico la que se monta sobre el Carter superior del motor del automóvil, de tal modo que el piñón que lleva en el extremo de su eje, engrane con la corona dentada de la periferia del volante. De esta forma cuando gire el motorcito eléctrico, obligará a girar también al motor del automóvil y podrá arrancar. El tamaño del piñón depende de la velocidad propia del arrancador eléctrico

El arrancador esta compuesto básicamente de tres conjuntos: 1. Conjunto de Solenoide o mando magnético 2. Conjunto del Motor de Arranque propiamente 3. Conjunto del impulsor o Bendix Las partes que conforman al conjunto del Motor de Arranque propiamente dicho, son semejantes a las del generador teniendo una diferencia en el bobinado de los campos

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y del inducido. Además hay una diferencia muy notoria, el arrancador consume corriente. Ambos trabajan en base a los principios del magnetismo y del electromagnetismo. Dichas partes son las siguientes: 1. Núcleo magnético 2. Resorte de recuperación del núcleo magnético del solenoide 3. Collar palanca de conexión del mecanismo de impulsión 4. Conjunto de resorte y eje Bendix 5. Bocina del extremo posterior del eje del inducido 6. Anillo de tope del mando de impulsión o Bendix 7. Tambor de embrague del mecanismo de impulsión 8. Resorte de amortiguación de l retorno del mecanismo impulsor 9. Zapatas polares o conjuntos de las bobinas de campo y sus núcleos 10. Inducido 11. Conjunto porta escobilla 12. Escobillas de cobre 13. Tapa delantera, su bocina y fieltro 14. Pernos pasantes con sus anillos de presión 15. Casco o carcasa. La carcasa o casco es de hierro dulce, el bobinado el campo y del inducido es de alambre grueso especial de cobre; las escobillas son de cobre, las demás partes son semejantes a las del generador.

PARTE ELÉCTRICA DEL MOTOR DE ARRANQUE

En la figura se muestra, la parte resaltada en negro, las dos bobinas eléctricas que forman el relé de arranque. También se ve el bobinado inductor y las escobillas, así como el circuito eléctrico exterior que siempre acompaña al motor de arranque.

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Equipo 8


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TIPOS DE DISPOSITIVOS DE MARCHA La problemática de los automóviles se relaciona en la gran transmisión entre las frecuencias de giro del árbol de levas y el piñón, y en la relación de la guía de entrada y salida del piñón. Los tipos de motores de marcha difieren conforme al tipo de guía:

Dispositivos de marcha de tracción helicoidal: Reciben inmediatamente su corriente total y lanza, en función de la inercia de su masa, al piñon de cremallera (tracción del tipo Bendix) sobre una rosca helicoidal de paso largo. La salida se produce en el instante en que aumenta la frecuencia de giro: el piñón regresa a su posición de descanso. Para altas potencias, el dispositivo de marcha helicoidal se construye en dos etapas. La entrada se hace en una preetapa eléctrica; a continuación, después de la entrada del piñón, se conecta la corriente principal.

Dispositivos de marcha de tracción por impulso La entrada del piñón es mecánica, o por medio del control eléctrico del mecanismo de enlace. Para proteger al motor de marcha contra las altas frecuencia de giro, se instala entre el piñón y el inducido del motor de marcha una rueda libre, como dispositivo de seguridad contra las sobrecargas. Un freno hace que el inducido se detenga con rapidez en su posición de reposo.

Dispositivos de marcha combinado, de empuje y helicoidal Se desea asociar la entrada suave del dispositivo de marcha con el buen par motor de arranque del dispositivo de tracción de empuje. La entrada se hace como en el mecanismo de enlace del dispositivo de marcha de tracción helicoidal, que se controla por medio de la electricidad. No obstante, a la salida el piñón solo retrocede sobre una rosca de paso largo, hasta el punto que le permite el vástago de engranaje. Para eso se necesitan, como dispositivos de seguridad contra la sobrecarga, una rueda libre y un freno para el inducido. El dispositivo de marcha combinado utiliza casi siempre en automóviles particulares.

Dispositivos de marcha mediante empuje del inducido La entrada del piñón produce debido a que el inducido comienza a girar , sufriendo la atracción del campo magnético de ala bobinas de excitación. Solo cuando termina la secuencia de entrada y se conecta el dispositivo, mediante un mecanismo de conexión, se aplica la corriente total. La secuencia de salida es como sigue: el motor esta funcionando; el consumo de corriente disminuye en función de la alta frecuencia de giro del inducido del campo magnético y, en esa forma, se retira el piñón de la cremallera. Como protección del inducido contra las altas frecuencias de giro, se ponen entre el piñón y el inducido acoplamientos de laminas o resortes. El dispositivo de engranaje de empuje del inducido se utiliza, sobre todo, en camiones.

TIPOS DE MOTOR DE ARRANQUE Hay dos tipos comunes de motor de arranque : los que llevan solenoide separado, y los que lo llevan incorporado.

arrancador con solenoide integrado Cuando usted activa la llave hacia la posición de arranque, un alambre lleva la corriente de 12 voltios hacia el solenoide del motor de arranque, el solenoide tiene un campo magnético, que al ser activado hace 2 cosas, primero, desliza un pequeño engrane llamado Bendix ,hacia los dientes del flywheel, y al mismo tiempo hace un puente de corriente positiva(+) entre el cable que llega al motor de arranque desde la batería y el cable que surte de corriente los campos del motor de arranque, al suceder esto el motor de arranque da vueltas rápidas y con la suficiente fuerza para que el engrane pequeño de vueltas al flywheel (rueda volante del motor).y así se da inicio al arranque del motor.

el motor de arranque con solenoide separado Utiliza el solenoide para conectar la corriente positiva al motor de arranque. En cuanto se conecta la corriente, el motor de arranque activa y desliza el engrane o piñón que se acopla a la rueda volante, y al mismo tiempo, gira con la fuerza necesaria, para que el motor empiece su funcionamiento.

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TIPOS DE MOTOR DE ARRANQUE Equipo 8 eléctricas 4MM3

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Bendix Cuando usted deja que la llave de encendido regrese a su posición normal, desconecta el solenoide, el engrane regresa a su sitio de descanso, el motor de arranque deja de dar vueltas, y queda desconectado del motor, hasta que usted lo vuelva a activar.

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CONCLUSIÓNES Como ya hemos podido ver a lo largo de este semestre, que una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía, o bien, en energía eléctrica pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético. Las máquinas eléctricas se clasifican en tres grandes grupos: Generadores. Motores. Transformadores. Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, y lo inverso sucede en los motores. El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus características. Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina. Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en : 1. Rotativas (Generadores y Motores). 2. Estáticas (Transformadores). Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como los transformadores. La potencia de una máquina eléctrica es la energía desarrollada en la unidad de tiempo. La potencia de un motor es la que se suministra por su eje. Una dinamo absorbe energía mecánica y suministra energía eléctrica, y un motor absorbe energía eléctrica y suministra energía mecánica.

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Motores de Fase Partida

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