Si no fuera por los motores eléctricos nuestra vida seria mucho meno sencilla de lo que es El motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo.
Inventos que cambiaron el curso de la humanidad. Michael Faraday Realizó contribuciones en el campo de la electricidad. En 1821, después de que el químico danés Oersted descubriera el electromagnetismo, Faraday construyó dos aparatos para producir lo que el llamó rotación electromagnética, en realidad, un motor eléctrico. Diez años más tarde, en 1831, comenzó sus más famosos experimentos con los que descubrió la inducción electromagnética, experimentos que aún hoy día son la base de la moderna tecnología electromagnética. Trabajando con la electricidad estática, demostró que la carga eléctrica se acumula en la superficie exterior del conductor eléctrico cargado, con independencia de lo que pudiera haber en su interior. Este efecto se emplea en el dispositivo denominado jaula de Faraday. En reconocimiento a sus importantes contribuciones, la unidad de capacidad eléctrica se denomina faradio.
El motor eléctrico Es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo.
Es un motor eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar. Al igual que en los dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande. Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye más que ligeramente cuando el par aumenta. Los motores de corriente continua en derivación son adecuados para aplicaciones en donde se necesita velocidad constante a cualquier ajuste del control
Hoy en día existen muchos tipos de motores eléctricos tales como Un motor compound (o motor de excitación compuesta) que es un Motor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados. El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt se denominan como compound acumulativo y tiene un limitado rango de debilitamiento de campo.
El motor shunt
Motor eléctrico sin escobillas
Es un motor eléctrico que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser conductor. Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alterna asíncronos. Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya que son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento, pero su control era mucho más complejo
Motor de excitación en serie
Es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie, El voltaje aplicado es constante, mientras que el campo de excitación aumenta con la carga, El flujo aumenta en proporción a la corriente en la armadura, como el flujo crece con la carga, la velocidad cae a medida que aumenta esa carga.
hierro del rotor, lo que aligera su masa y permite fuertes aceleraciones, se suele usar en motores de posicionamiento (en máquinas y automática).
Además hay que tener en cuenta algunas cosas y es Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición.
Para optimizar el campo magnético que baña el rotor, para motores que requieren cierta potencia, se puede construir el rotor plano en forma de disco, similar a un circuito impreso en el que las escobillas rozan ortogonalmente sobre un bobinado imbricado que gira entre imanes permanentes colocados a ambos lados del disco.
Un servomotor
Es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos
Motor sin núcleo
El motor pasó a paso
Cuando se necesita un motor eléctrico de baja inercia (arranque y parada muy cortos), se elimina el núcleo de
Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos,
lo que significa que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera que un conversor digital-analógico (D/A) y puede ser gobernado por impulsos procedentes de sistemas lógicos.
Este motor presenta las ventajas de tener alta precisión y repetitividad en cuanto al posicionamiento. Entre sus principales aplicaciones destacan como motor de frecuencia variable, motor de corriente continua sin escobillas, servomotores y motores controlados digitalmente.
Motores de corriente alterna El motor monofásico universal es un tipo de motor eléctrico que puede funcionar tanto con corriente continua (C.C.) como con corriente alterna. (A.C.) El uso de estos motores en corriente alterna está muy extendido por el mayor par de arranque respecto al de los motores de inducción y por su elevada velocidad de rotación, lo que permite reducir su tamaño y su precio.
Son un tipo de motor de corriente alterna en el que la corriente eléctrica, en el rotor, necesaria para producir torsión es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su misma excitación. El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras.
Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación; el período de rotación es exactamente igual a un número entero de ciclos de CA. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectada y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo". La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados es:
Características de funcionamiento: En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas características. - En corriente alterna se comporta de manera semejante a un motor serie de corriente continua - Menor potencia en corriente alterna que en continua, debido a que en alterna el par es pulsatorio.
Los motores asíncronos
Donde:
f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz) P: Número de pares de polos que tiene la máquina p: Número de polos que tiene la máquina n: Velocidad de sincronismo de la máquina
Principios del Dinamo de Rotor Devanado En este caso estaremos tratando sobre los motores de jaula de ardilla. Estos motores provienen de los motores polifásicos de inducción. Suponiendo que un motor de inducción comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con el voltaje nominal de las terminales de línea de su estator desarrollará un par de arranque que hará que aumente la velocidad. La característica esencial que distingue a una máquina de inducción de los demás motores eléctricos es que las corrientes secundarias son creadas únicamente por inducción.
Motores con estator bobinado
Si el estator es bobinado, existen distintas configuraciones posibles para conectar los dos bobinados de la máquina:
Motor de CD en serie: el devanado de estator y el devanado de rotor se conectan en serie. Motor de CD en paralelo: el devanado de estator y de rotor se conectan en paralelo. Motor de CD compuesto: se utiliza una combinación de ambas configuraciones.
Cuando se desarrolló por primera vez el rotor de doble jaula de ardilla se creo tal variedad y adaptabilidad en el diseño de rotores para motores de inducción que ha llevado a diversas características de curva deslizamiento par.
Rotor de una pequeña máquina de corriente directa de 12 V, con imanes permanentes, de dos polos, cinco devanados, cinco delgas y dos escobillas. Motores de imán permanente
Variaciones en el diseño del motor Los motores de corriente continua se construyen con rotores bobinados, y con estatores bobinados o de imanes permanentes. Además existen muchos tipos de motores especiales, como por ejemplo los motores sin escobillas, los servomotores y los motores paso a paso, que se fabrican utilizando un motor de corriente continua como base.
Los motores de imán permanente tienen algunas ventajas de rendimiento frente a los motores síncronos de corriente continua de tipo excitado y han llegado a ser el predominante en las aplicaciones de potencia fraccionaria. Son más pequeños, más ligeros, más eficaces y fiables que otras máquinas eléctricas alimentadas individualmente. Motores sin escobillas
Los motores de corriente directa sin escobillas están diseñados para conmutar la tensión en sus devanados, sin sufrir desgaste mecánico. Para este efecto utilizan controladores digitales y sensores de posición. Estos motores son frecuentemente utilizados en aplicaciones de baja potencia, por ejemplo en los ventiladores de computadoras.
SELECCIÓN DE VELOCIDADES NOMINALES DEMOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA O DE ROTOR DEVANADO. Dado que el deslizamiento de la mayor parte de los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla, a la velocidad nominal en general de alrededor de un 5% , no se pueden alcanzar velocidades mayores a 3600 r.p.m. A 60 Hz, las velocidades son muy múltiplos de los inversos del números de polos en el estator: 1800, 1200, 900, 720 r.p.m. Etc. En general, se prefieren los motores de alta velocidad a los de baja velocidad, de la misma potencia y voltaje, debido a que:
Son de tamaño menor y en consecuencia de menor peso
Tienen mayor par de arranque
Tienen mayores eficiencias
A la carga nominal, tienen mayores factores de potencia
Son menos costosos.
Por estas razones se suele dotar de cajas de engranes o embrague a los motores de inducción de jaula de ardilla para permitir velocidades de eje de cerca sobre 3600 r.p.m. y por debajo de 200 rpm
EFECTO DE LA VARIACIÓN DE VOLTAJE SOBRE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DE INDUCIDO DE JAULA DE ARDILLA O DE ROTOR DEVANADO.
Si solo hacemos variar el voltaje del estator no se produce una variación correspondiente en el deslizamiento y la velocidad. Entonces si los demás factores permanecen constantes, el par del motor es directamente proporcional al cuadrado del voltaje. Esto significa que si se aumenta el voltaje en el estator, se produce un aumento mucho mayor en el par y, correspondientemente, una reducción en el desplazamiento El cálculo del deslizamiento con un cambio en el voltaje del estator (y del rotor) es un tanto más complejo, porque el deslizamiento varía también con la resistencia del rotor, el voltaje del estator y/o el par.
Motores Convencionales de Imán Permanente
Existen motores de imán permanente (PM, permanente magnet), en tamaños de fracciones de caballo y de números pequeños enteros de caballos. En general, un motor PM de número entero de caballos es un poco más grande y más caro que un motor equivalente con devanado en derivación, pero el costo total del sistema puede ser menor. Un motor PM es un término medio entre los motores de devanado compound y los devanados en serie. Tiene mejor par de arranque, pero alrededor de la mitad de la velocidad en vacío de un motor devanado en serie.
Clasificación básica de los motores de Cd de imán permanente. Los motores de Cd de imán permanente se pueden clasificar de acuerdo con el esquema de conmutación y al diseño de la armadura. Los motores de Cd convencionales tienen escobillas mecánicas y conmutadoras. Sin embargo, en una clase importante de motores de Cd la conmutación se hace en forma electrónica; este tipo de motor se llama motor de Cd sin escobillas. De acuerdo con la construcción de la armadura, el motor de cd de imán permanente se puede descomponer en tres tipos de diseño de armadura: motores de núcleo de hierro, de devanado superficial, de bobina móvil.
Motores de Cd de imán permanente de núcleo de hierro.
El material del imán permanente puede ser bario-ferrita, Alnico, o un compuesto de ¨ tierras raras ¨. El flujo magnético producido por el imán pasa a través de la estructura del rotor laminado que tiene ranuras. Los conductores de la armadura están localizados en las ranuras del rotor. Este tipo de motor está caracterizado por una inercia del motor relativamente alta (ya que la parte giratoria está formada por las bobinas de la armadura), una inductancia alta, bajo costo y alta confiabilidad.
Motor Sincrónico de Imán Permanente
Las máquinas de imán permanente son extensivamente usadas en servomotores, accionamientos eléctricos para posicionamiento.
La construcción de los rotores de los servomotores sincrónicos de imán permanente puede adoptar una forma cilíndrica con un bajo diámetro y gran longitud (cilinder rotor) llamados de flujo radial, o pueden tener un rotor en forma de disco más liviano rotor de disco pendular. En aplicaciones en que el motor es operado electrónicamente desde un invertir, no es necesario el devanado amortiguador para el arranque pues este lo realiza el control electrónico, y además el devanado amortiguador (damper) produce pérdidas de energía adicionales debido a las forma de onda no senoidales.
PMSM con imanes montados en la superficie del rotor
En el caso que los imanes van montados (pegados o zunchados) en la superficie del rotor, estos por el espacio que ocupan obligan a tener un entrehierro relativamente grande, además los imanes cerámicos tienen efectos de silencia despreciables. En estos casos no existe devanado amortiguador. El gran entrehierro hace que el flujo de la reacción de armadura (RA) tenga efectos atenuados sobre el rotor,
PMSM con imanes insertos en el rotor
Si los imanes están insertos en el rotor, quedan físicamente contenidos y protegidos, pero el espacio de hierro del rotor eliminado para insertar los imanes hace que no puede considerarse que en este caso se tenga un entrehierro uniforme, se tiene un efecto de saliencia, y aparece una componente de reluctancia del par. El criterio de diseño en el caso de servomotores deben encuadrar los siguientes requerimientos:
Velocidad de operación y par controlado a todas las velocidades Alta relación [Potencia / peso] y [Par / inercia] Par electromagnético suave: sin pares pulsantes debido a las armónicas, ni efectos de posicionamiento preferencial (cogging) debido a las ranuras Alta densidad de flujo en el entrehierro Diseño compacto con alto rendimiento y factor de potencia
Los motores pasó a paso
Motor eléctrico sin escobillas
(PAP) son esenciales para convertir una energía eléctrica en otra mecánica; cuando esta energía mecánica se requiere en forma de movimiento rotacional, un motor se convierte en el elemento más idóneo. Son muy utilizados para aplicaciones en las que se requiere un elevado grado de exactitud y una gran regulación de velocidad. La velocidad de giro de estos motores no es muy elevada
Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rasantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser conductor.
El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua, y otra vez en alterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente con corriente continua, eliminado el primer paso. Por este motivo, estos motores de corriente alterna se pueden usar en aplicaciones de corriente continua, con un rendimiento mucho mayor que un motor de corriente continua con escobillas. Algunas aplicaciones serían los coches y aviones con radiocontrol, que funcionan con pilas.
PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMIENTO: Las fuerzas ejercidas por un campo electromagnético y creadas al hacer circular una corriente eléctrica a través de una o varias bobinas son la base en la que basan los motores. Si la bobina, circular y denominada estator, se mantiene en una posición mecánica fija y en su interior, bajo la influencia del campo electromagnético, se coloca otra bobina, llamada rotor, por una corriente y capaz de girar sobre su eje, ésta última tenderá a buscar la posición de equilibrio magnético. *Características mecánicas de los motores PAP: Par dinámico o de trabajo: depende de sus características dinámicas y el momento máximo que el motor es capaz de desarrollar sin perder paso. Par de mantenimiento: es el par requerido para desviar, en régimen de excitación, un paso el rotor cuando la posición anterior es estable Par de detención: es un par de freno que, siendo propio de los motores de imán permanente *Atendiendo a las características anteriores, las que definen a un motor PAP son: Ángulo de paso: avance angular producido bajo un impulso de excitación. Se expresa en grados. Número de pasos por vuelta: es la cantidad de pasos que a de efectuar el rotor para realizar una revolución completa. Y expresados en mili Newton * metro.
Otros motores sin escobillas, que sólo funcionan con corriente continua son los que se usan en pequeños aparatos eléctricos de baja potencia, como lectores de CD-ROM, ventiladores de ordenador, casetes.
MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE A
MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA DE CLASE F
El motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal o estándar fabricado para uso a velocidad constante. Tiene grandes áreas de ranuras para una muy buena disipación de calor, y barras con ranuras ondas en el motor. El par de arranque es relativamente alto y la baja resistencia del rotor produce una aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal.
Están diseñados principalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor corriente de arranque de todas las clases. Estos motores tienen menos regulación de voltaje de los de clase B, bajan capacidad de sobrecarga y en general de baja eficiencia de funcionamiento. Sin embargo, cuando se arrancan con grandes cargas, las bajas de corrientes de arranque eliminan la necesidad de equipo para voltaje reducido, aún en los tamaños grandes.
MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA CLASE B A los motores de clase B a veces se les llama motores de propósito general; es muy parecido al de la clase A debido al comportamiento de su deslizamiento-par. Las corrientes de arranque varían entre 4 y 5 veces la corriente nominal en los tamaños mayores de 5 HP se sigue usando arranque a voltaje reducido. Las aplicaciones típicas comprenden las bombas centrífugas de impulsión, las máquinas herramientas y los sopladores. MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE C Estos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto par de arranque y una menor corriente de arranque. Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente, sin embargo cuando se emplea en grandes cargas, En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia.
MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE D Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla clase D se conocen también como de alto par y alta resistencia. El motor está diseñado para servicio pesado de arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en esta clase de motores es la peor.
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA DE ACUERDO CON EL ENFRIAMIENTO Y EL AMBIENTE DE TRABAJO.
Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla, y en general todos lo motores eléctricos, se pueden clasificar también de acuerdo con el ambiente en que funcionan, sí también como en los métodos de enfriamiento. Por ejemplo una dínamo que trabaje a una temperatura ambiente de 75º C empleando aislamiento clase B tiene un aumento permisible de temperatura de tan solo 55º C. Si trabajara a su temperatura ambiente normal de 40 º C se podría permitir un aumento de temperatura de 90º C, sin dañar su aislamiento. TIPOS DE ENVOLVENTES O CARCAZAS. La NEMA reconoce los siguientes: Carcasa a prueba de agua. Carcasa a prueba de ignición de polvos. Carcasa a prueba de explosión.
Carcasa totalmente cerrada envolvente que evita el intercambio de aire entre el interior y el exterior de ella. Carcasa protegida al temporal.
Carcasa protegida. Envolvente abierta en la cual todas las aberturas conducen directamente a partes vivas o giratorias Carcasa a prueba de salpicaduras. Carcasa a prueba de goteo envolvente abierta Carcasa abierta envolvente que tiene agujeros de ventilación
Conclusión Toda máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos es considerada esencialmente un motor eléctrico, algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. El principio de funcionamiento de todo motor se basa en que tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación. Los Motores eléctricos se clasifican en Motores de Corriente Directa Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, utilizan corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías, Motores de Corriente Alterna; Son los tipos de motores más usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energías "normales" y por último Los Motores Universales Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente continua y corriente alterna. Para el arranque de motores es indispensable su instalación pero no solo su instalación sino su conexión. Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con unos relevadores, Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia trifásica y Para motores de corriente directa es necesario invertir los contactos del par de arranque. Efectuar rutinariamente la limpieza del motor, con el propósito de eliminar la suciedad, el polvo y objetos extraños, que impidan su óptimo funcionamiento. La regularidad con que ésta se realice dependerá de las condiciones en las que el motor este trabajando, pero es recomendable desmontarlo al menos una vez al año para realizar la limpieza completa de todos sus componentes.
Autor : rivas aurelino c.i 21048817 los motores fueron y seran y fueron el primer proposito de la evolucion industrial