motores monofásicos

MOTORES MONOFáSICOS.
INTRODUCCIÓN
Los motores monofásicos, llamados comúnmente como motores de inducción monofásicos asincrónicos son una maquina de corriente alterna, de la que solamente una parte: el rotor o el estator, esta conectado a la red y la otra parte trabaja por inducción, siendo la frecuencia de las fuerzas electromotrices inducidas proporcionalmente al resbalamiento
La elección de un motor de cualquier tipo para una determinada instalación requiere el conocimiento de los conjuntos de características, las del motor y las de la instalación. Para adoptar efectivamente el motor se debe tener en cuenta, las exigencias de la instalación donde se ha utilizar, considerando que el motor tendrá ciertos limites, los cuales no deberán ser superadas.
Los motores pueden ser de jaula de ardilla, o de rotor bobinado. Los primeros son preferidos en su uso por sencillez y costo, mientras que los segundos, son de un costo más elevado pero con ellos se obtienen mejores resultados en determinadas condiciones de trabajo.
Estos motores al poder ser conectados en una red de distribución monofásica, la cual es habitual en los hogares, los hace muy aplicables en la industria de maquinas herramientas, electrodomésticos, y aun en varias ramas dentro de la propia industria.
Comúnmente se clasifican como:

• Motor de fase partida.
• Motor de funcionamiento capacitivo.
• Motor con condensador permanente.
• Motor capacitivo y de arranque capacitivo.

También son construidos motores asincrónicos monofásicos tales como:

• De repulsión
• Universal
• De polos de sombra
• Motor paso a paso

MOTORES CON ROTOR TIPO JAULA DE ARDILLA

Motor de fase partida.

Curva de momento / velocidad con embobinado en el arranque.

Fueron los primeros motores monofásicos usados en la industria y aun perduran. Estos motores poseen dos bobinados de estator, uno principal (M) y otro auxiliar o denominado de arranque (A). Ambos bobinados se conectan en paralelo y la tensión de la red se aplica a ambos
Los bobinados M y A están separados en el estator 90 º eléctricos, y el A se diseña con un valor R/X (resistencia/impedancia) mayor que M. Para lograr esto, se suele emplear alambre mas fino para el embobinado auxiliar, esto se permite ya que el motor cuenta con un interruptor centrífugo que desconecta esta bobina a un 78-80% de la velocidad total del motor, quedando así actuada solo la bobina principal.

En la grafica Momento / velocidad se halla representado con línea discontinua, los puntos de desconexión del arranque, por la fuerza centrifuga. En la derecha, sería un arranque normal y a la izquierda se sitúa el punto donde el interruptor centrífugo actuaría si se sobrecargara el motor.

En la figura a la derecha (a), se representa un motor de fase partida en el cual se observan los bobinados principales y auxiliares del estator.
En la gráfica (b) se representa la corriente del bobinado A (Ia) y la del M (Im) donde se puede observar como Ia llega a su punto máximo antes que Im, lo q produce un campo magnético en A (Ba) previo al campo producido por Im en M (Bm), este desfasaje produce una rotación de los campos, en dirección contraria a las agujas del reloj, produciendo así un campo giratorio y permitiendo el giro del rotor, acelerándolo.
En la gráfica (c) se observa el momento de torsión y velocidad resultante.

La dirección de rotación del motor esta determinada por el embobinado auxiliar y su ubicación a 90º delante o detrás del principal, por lo tanto se puede cambiar el sentido de giro, solo con manipulación de las conexiones.

En la figura a la izquierda, (a) se puede observar la forma de conexión de un motor de fase partida con interruptor centrifugo. En la parte (b) se observa el grafico de las corrientes en el momento de arranque.

NOTA: en este tipo de motores por mas que este funcionando por debajo de su temperatura máxima de funcionamiento, sufre un calentamiento excesivo en el arranque, por lo que si al momento de elegir un motor, requiere un funcionamiento con pausas y arranques, es recomendable el uso de un motor con arranque capacitivo o bien, realizar las detenciones por medio de un embrague.

Motores de funcionamiento capacitivos.

Algunas veces son denominados motores capacitivos con división de fase. En estos motores el condensador ocupa el lugar del interruptor centrífugo. Por lo tanto se presentan algunos problemas nuevos con respecto al motor de fase partida, limitando su uso a aplicaciones muy específicas.

Motor de inducción con condensador de partida permanente.

Como lo mencionado anteriormente una de las dificultades principalmente es la impedancia del embobinado de arranque, ya que en el momento del arranque y hasta su velocidad final de funcionamiento, la impedancia de esta va aumentando, donde pasa de ser baja a tres veces mayor a la velocidad total, este efecto genera el inconveniente que el condensador sea seleccionado para un buen arranque o un funcionamiento óptimo, pero no ambos.
La segunda dificultad es la elección del condensador, que debe ser apto para corriente alterna, ya que los electrónicos no funcionan correctamente en un uso continuo en C.A.

En la figura izquierda se observa la conexión de este tipo de motores(a), y en la grafica (b) se esquematiza el momento de torsión y la velocidad.

NOTA: si se selecciona un funcionamiento óptimo, se obtendrá un motor que estará funcionando con una alta impedancia, por lo tanto, aumentara su velocidad, y se producirían menos ruidos y vibraciones que en otros motores monofásicos, ya que funciona como un verdadero motor bifásico.
Como contrapartida se establecerá un pobre momento de arranque, por lo que limita su utilización, donde habitualmente se extiende a poleas y motores con espacio reducido, donde no se puede alojar un interruptor centrífugo.
Si se selecciona un condensador de alto valor para mejorar el arranque, se puede lograr el defasaje de 90º entre bobinado principal y auxiliar, y ya que los bobinados están separados físicamente a 90º uno del otro, se puede llegar a obtener un 300% del valor nominal del momento de arranque, y así se logra un encendido que se comporta como el de un motor en una fuente trifásica.
En este caso su uso se extiende a motores que necesiten un alto momento de torsión de arranque, tales como, compresores, bombas y acondicionadores de aire.

Motores con condensador permanente.

Se ha desarrollado un motor monofásico que funciona con los devanados permanentes. Los dos devanados tienen la misma sección y tiene el mismo número de espiras, es decir los dos devanados son idénticos. Estos motores no poseen interruptor centrífugo y no logran un buen momento de torsión de arranque, ya que la corriente en la rama capacitiva es pequeña, y no superan el 50% del valor nominal.

En estos motores se debe seleccionar un condensador que cumpla con las características aptas para producir un defasaje de 90º entre las bobinas, para producir un campo magnético giratorio mediante los devanados iguales, además estos van conectados de forma independiente y se le conectara en serie el condensador.

Motor de arranque capacitivo.
Buscando mejorar el arranque, se crearon motores con un bobinado auxiliar con más vueltas que el principal, y se conecto en serie a la auxiliar un condensador. Con una selección de un correcto condensador se puede llegar a atrasar casi 90º la fase entre ambos devanados.

Al igual que en el motor de fase partida se observa el la grafica el momento de torsión-velocidad, donde se distingue el punto en el que se desconecta el centrifugo.
Una diferencia entre el motor de fase partida y este, es la ventaja en el encendido, donde disminuye la corriente y aumenta el momento inicial, siendo ahora de dos a tres veces mayor que el momento total, con una corriente inicial de entre cuatro y seis veces la normal. Para conseguir este funcionamiento se necesitan altos valores de capacidad, normalmente 50HZ o más por caballo de potencia a 240V 50HZ y cuatro veces para 115V 60HZ.

En la Figura a la derecha, se observa la conexión de un motor de arranque por condensador con interruptor centrífugo (a), y el ángulo de corrientes en el arranque, junto a la tensión aplicada (b).

Estos motores son muy utilizados en elementos domésticos, tiene un muy buen momento inicial, por lo que soporta paradas y puestas en marcha en forma frecuente, y por su saliente situado en la carcaza son muy fáciles de reconocer.

Motores capacitivos y de arranque capacitivos.

Estos motores no son muy comunes, y son construidos para grandes potencias y son una combinación de un motor capacitivo y el motor de arranque capacitivo.

En los motores de inducción con capacitor permanente, se puede utilizar un condensador de gran valor para un buen momento de arranque o un valor mas bajo para un funcionamiento optimo, pues este tipo de motor, los combina con un interruptor centrifugo, quedando al igual que el motor de arranque capacitivo con un muy buen momento inicial por medio de un condensador de gran valor, y al llegar a la velocidad optima, se abre el centrifugo y permite el funcionamiento del devanado auxiliar con un valor de condensador menor,  obteniendo así, un optimo funcionamiento.

En la imagen a la izquierda (a) se muestran las conexiones de este motor, con el condensador de marcha y el de arranque en serie con el interruptor centrifugo. En la grafica (b) se muestra el momento de torsión-velocidad.

Tanto los motores de división de fase como los de arranque capacitivo pueden cambiar de sentido de giro solo cambiando las conexiones del embobinado de arranque ó el principal, sin embargo, esto es solo factible si el motor se encuentra en reposo, ya que si ha alcanzado su velocidad de funcionamiento el interruptor centrifugo desconecta las bobinas auxiliares, por tanto no se produce efecto en el giro del motor.

Motores de inducción monofásicos asincrónicos de repulsión.

Son conocidos también como motores monofásicos de rotor bobinado. Se clasifican en tres tipos:

• motores de repulsión como tal
• motores de repulsión solo en arranque
• motores de repulsión e inducción.

1 Motor de repulsión: Es un motor monofásico provisto de un arroyamiento estatórico destinado s ser conectado a una red, y de un arroyamiento rotórico unido a un colector. Las escobillas que unen al colector están unidas en cortocircuito y se disponen de forma que el campo magnético retórico este inclinado con respecto al estatórico. Estos motores tienen una velocidad de funcionamiento muy variable con la carga.
2 Motor de repulsión solo en arranque: el funcionamiento del arranque de estos motores es idéntico al de repulsión, y una vez alcanzado un 75% de la velocidad, se separan las escobillas y el motor pasa a un funcionamiento de tipo inductivo, al igual de un motor de jaula de ardilla.
Estos motores son más estables en su velocidad y se fabrican para potencias de ¼ a 10 caballos de fuerza.
3 Motor de repulsión e inducción: estos motores combinan en su funcionamiento un rotor bobinado con un jaula de ardilla, y en su funcionamiento combina un motor de inducción con uno de repulsión, ya que el bobinado rotorico esta unido por un colector y así es que funciona como ambos tipos simultáneamente.
Estos motores pueden ser de velocidad constante o variable con respecto a la carga de trabajo.

Motores de inducción monofásicos asincrónicos universales

A grandes rasgos el motor universal es o son maquinas que trabajan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se fabrica con potencias desde 0.01 HP hasta 2 HP. Se utilizan principalmente para impulsar electrodomésticos pequeños y herramientas portátiles, como: maquinas de cocer, aspiradoras, batidoras, taladros, sierra, etc.
Sus principales ventajas son: su alto torque de arranque y su amplio rango de velocidad de trabajo, en mucho casos superior a los 10.000 r.p.m.
Cuando el motor está funcionando con una fuente de CA, la conmutación será mucho más pobre que con una fuente de CC el chispeo extra en las escobillas se deben a las tensiones que inducen acción transformadora en las escobillas y en algunos ambientes pueden ser una fuente de interferencia para las frecuencias radiales.

Motores de inducción monofásicos asincrónicos de polos de sombra.

La invención está relacionada con la electrotecnia, y en específico con los motores con polo sombreado o pantalleado, la misma puede ser utilizado en ventiladores, extractores, etc.
El motor de polo sombreado se diferencia en que la bobina de encendido forma parte del circuito en todo instante y adquiere la forma de dos lazos de cobre que rodean parte de cada polo de arranque. Estas partes “sombreados” del campo producido por el polo del arranque principal y la comente inducida en el lazo hacen que el campo generado por esta parte sombreada atrase el campo principal. La variación en la fase es menor que la ideal de 90° y el módulo del campo sombreado considerablemente menor que el campo principal. Debido a esto el momento inicial es muy pequeño, típicamente es sólo la mitad del momento total, tal como se muestra en la gráfica (b) de momento de torsión-velocidad.
En la figura (a) se observa el diagrama de un motor de polos sombreados.
Una parte considerable de la energía se pierde en los lazos que están en el circuito en todo instante y esto da como resultado una baja eficiencia. Una eficiencia mayor del 20% es muy difícil de encontrar y en los motores pequeños puede ser tan pequeño como un 2 o 3%. Esto también trae consigo una pobre regulación de la velocidad.
La potencia de salida oscila entre 1 y 50 W (0.001 a 0.07 HP) y para estos valores tan bajos de potencia requerida la eficiencia es raramente un problema. Sin embargo, debido a sus grandes perdidas, este tipo de motores trabajan siempre a altas temperaturas, incluso sin realizar ningún tipo de esfuerzo.
El estator por lo general es de polos salientes, esta formado por un paquete de chapas con zapata polar, alrededor de la zapata se junta los bobinados de campo. El rotor es de tipo jaula de ardilla. Los escudos son de hierro fundido.

Motor paso a paso.

Un motor paso a paso es un tipo especial de motor sincrónico diseñado para rotar un determinado numero de grados por cada pulso eléctrico que recibe por su unidad de control. Los pasos habituales son 7.5° o 15° por pulso. Estos motores se usan en muchos sistemas de control, puesto que la posición de un eje o de otra pieza mecánica puede controlarse de modo preciso mediante ellos.
Hay dos tipos de motores básicos Paso a paso, que solo difieren en la disposición de rotor: el de imán permanente y el de reluctancia. El primero tiene un rotor de imán permanente, mientras el segundo tiene un rotor ferromagnético que no es un imán permanente. (El rotor antes descrito es el del tipo reluctancia). En general, el motor paso a paso de imán permanente puede producir mayor momento de torsión que el de tipo reluctancia, puesto que el de imán permanente tiene momento de torsión tanto del campo magnético del rotor como de los efectos de reluctancia.

GRUPO:

• Jonny García
• Marcos Ricci
• Dario Piedrabuena
• Fabio Strada
• Jonathan Pérez