Realizar El Diagnostico De Motor De Inducción 3θ Jaula De Ardilla 675o3w

TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA

ÍNDICE TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA OBJETIVOS: AL FINALIZAR LA SESIÓN, EL APRENDIZ ESTARÁ EN CAPACIDAD DE ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………..

1.00 TECNOLOGÍA ESPECÍFICA Y CONOCIMIENTOS APLICADOS: EL MOTOR ELÉCTRICO 1.01 INTRODUCCION 1.02 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS 1.03 MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS 1.04 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 1.05 CREACIÓN DEL CAMPO GIRATORIO 4.07 COMPOSICIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO 4.8 EL ESTATOR 4.09 EL ROTOR 4.10 ROTOR DE JAULA 4.10.1 Rotor de jaula simple 4.10.2 Rotor de doble jaula 4.10.3 Rotor de jaula resistente 4.11 EL ROTOR BOBINA (ROTOR DE ANILLOS) 4.12 CONSECUENCIAS DE LA VARIACIÓN DE TENSIÓN 4.13 CONSECUENCIAS DE LA VARIACIÓN DE FRECUENCIA 4.14 DEFINICIÓN DE MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO 4.15 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS 4.16 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE MOTORES TRIFÁSICOS 4.16.1 Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.] 4.16.2 Los Motores de Corriente Alterna [C.A.] 4.16.3 Los Motores Universales 4.17 CARACTERÍSTICAS DE MOTORES TRIFÁSICOS 4.18 MEDIDASDE SEGURIDAD 4.19 PROTECCIÓN AMBIENTAL 1.06 MAGNITUDES MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS EN LOS MOTORES TRIFÁSICOS 4.06.1 FRECUENCIA DE GIRO 4.06.2 PAR 4.06.3 POTENCIA 4.06.4 PARES DE POLOS 4.06.5 RENDIMIENTO 4.06.6 FRECUENCIA DE RED (HZ) 4.06.7 DESLIZAMIENTO 4.06.8 VELOCIDAD DE SINCRONISMO 4.07 COMPOSICIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO

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Pag. 4 Pag. 6 Pag. 6 Pag. 6 Pag. 6 Pag. 7 Pag. 7 Pag. 8 Pag. 8 Pag. 8 Pag. 8 Pag. 8 Pag. 10 Pag. 10 Pag. 10 Pag. 10 Pag. 11 Pag. 12 Pag. 12 Pag. 12 Pag. 12 Pag. 12 Pag. 36 Pag. 36 Pag.7 Pag. 2 Pag. 27 Pag. 27 Pag. 28 Pag. 28 Pag. 29 Pag. 30 Pag. 30 Pag. 31

TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA 4.8 EL ESTATOR 4.09 EL ROTOR 4.10 ROTOR DE JAULA 4.10.1 Rotor de jaula simple 4.10.2 Rotor de doble jaula 4.10.3 Rotor de jaula resistente 4.11 EL ROTOR BOBINA (ROTOR DE ANILLOS) 4.12 CONSECUENCIAS DE LA VARIACIÓN DE TENSIÓN 4.13 CONSECUENCIAS DE LA VARIACIÓN DE FRECUENCIA 4.14 DEFINICIÓN DE MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO 4.15 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS 4.16 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE MOTORES TRIFÁSICOS 4.16.1 Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.] 4.16.2 Los Motores de Corriente Alterna [C.A.] 4.16.3 Los Motores Universales 4.17 CARACTERÍSTICAS DE MOTORES TRIFÁSICOS 4.18 MEDIDASDE SEGURIDAD 4.19 PROTECCIÓN AMBIENTAL RESUMEN AUTOEVALUACION

5.00 MATEMÁTICA APLICADA: CÁLCULO DE INTENSIDAD DEL FUSIBLE 6.00 CIENCIAS BÁSICAS: ALEACIÓN DE PROPIEDADES, EL BIMETAL CARACTERÍSTICAS 6.01 CÁLCULO DE UNA PROTECCIÓN TÉRMICA

Pag. 31 Pag. 31 Pag. 31 Pag. 31 Pag. 31 Pag. 32 Pag. 32 Pag. 32 Pag. 33 Pag. 33 Pag. 33 Pag. 34 Pag. 34 Pag. 34 Pag. 35 Pag. 35 Pag. 36 Pag. 36 Pag. 37 Pag. 38 Pag. 40 Pag. 41 Pag. 41

7.00 SEGURIDAD E HIGIENE INDUSTRIAL/AMBIENTAL: PRECAUCIONES DE SEGURIDAD EN EL MONTAJE Y DESMONTAJE DE UN OR Pag. 42 7.01 MEDIDAS DE SEGURIDAD Pag. 42 8.00 DIBUJO TECNICO: Símbolos Eléctricos DIN Pag. 43 8.01 SIMBOLOGÍA INTERNACIONAL 8.02 TECNICO: ESQUEMA DE MANDO, ESQUEMA DE FUERZA 8.02.1 CIRCUITO DE MANDO 8.02.2 CIRCUITO DE POTENCIA O DE FUERZA 8.03 ESQUEMA DE CIRCUITOS AUTOEVALUACION GLOSARIO BIBLIOGRAFIA

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Pag. 43 Pag. 46 Pag. 46 Pag. 46 Pag. 46 Pag.47 Pag. 49 Pag. 50


AUTOMATISMOS ELECTRICOS PROBLEMAS DE DISEÑO: CASO UNO Diseñar el esquema eléctrico de un automatismo con pulsadores, relés y ores que permita poner en marchar y parar una bomba para sacar agua de un pozo. El sistema tiene un cuadro de control con 2 pulsadores rotulados (Marcha y Paro), para poner en marcha y parar la bomba, y tres pilotos (Arrancada, Parada y Agua), que indican si la bomba está en marcha, parada y si hay agua en el pozo. Para poner en marcha la bomba debe haber agua en el pozo. De igual forma, en el momento que no haya agua en el pozo se para la bomba. En el pozo hay situada una boya que tiene un o auxiliar que se cierra cuando el nivel del agua del pozo alcanza la boya. La placa del motor se presenta en el grafico mostrado

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1.00 TECNOLOGÍA ESPECÍFICA Y CONOCIMIENTOS APLICADOS: EL MOTOR ELÉCTRICO 1.01 INTRODUCCION El principio de funcionamiento del motor eléctrico asíncrono se basa en el concepto de campo magnético giratorio. El descubrimiento original fue publicado en 1888 por el profesor Galileo Ferraris en Italia y por Nikola Tesla en los EEUU. Ambos diseños de motores asíncronos se basaban en la producción de campos magnéticos giratorios con sistemas bifásicos, es decir, utilizando dos bobinas a 90º. El motor bifásico de Ferraris tenía un rotor en forma de disco de cobre, por lo que se desarrollaba una potencia muy baja y no tenía interés comercial, sin embargo tesla que dio a conocer su motor dos meses más tarde que Ferraris utilizo devanados tanto en el estator como en el rotor, logrando con ello un motor mas practico, y de ahí que se considere a Tesla como el inventor de este tipo de maquinas Las patentes de Tesla fueron adquiridas por G. Westinghouse, quién construyo en sus fabricas motores bifásicos que puso en el mercado alrededor de 1890. En el año 1891 Dobrowolsky presento en la exposición de Frankfurt un motor asíncrono con rotor devanado, en 1893 Dobrowolsky había desarrollado también motores asíncronos con doble jaula de ardilla A principios del siglo XX se impuso el sistema trifásico europeo frente al bifásico americano, por lo que las maquinas asíncronas empezaron a ser (y son) trifásicas 1.02 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS La maquina asíncrona o de inducción al igual que cualquier otro dispositivo de conversión electromecánica de la energía de tipo rotativo, está formada por un estator y un rotor. En le estator se coloca normalmente el inductor, alimentado por una red monofásica o trifásica. El rotor es el inducido y las corrientes que circulan por el aparecen como consecuencia de la interacción con el flujo del estator. Dependiendo el tipo de rotor, estas maquinas se clasifican en: Rotor en jaula de ardilla o en cortocircuito Rotor devanado o con anillos El estator está formado por un apilamiento de chapas de acero al silicio que disponen de unas ranuras en su periferia interior en las que se sitúa un devanado trifásico distribuido, alimentado por una corriente del mismo tipo .el estator está rodeado por la carcasa ubicándose en esta las correspondientes patas de fijación y los anillos o cáncamos de elevación y transporte. El rotor está constituido por un conjunto de chapas apiladas, formando un cilindro .en el tipo en forma de jaula de ardilla se tiene una serie de conductores de cobre o de aluminio puestos en cortocircuito por dos anillos laterales (el nombre de la jaula proviene del aspecto que tomaría este devanado si se omitiera el apilamiento de hierro).en el caso de rotor devanado o con anillos ,se tiene un arrollamiento trifásico, similar situado en el estator, en el que las tres fases se conectan por un lado en estrella. La maquina asíncrona además de disponer de un estator y rotor, está dotada de otros elementos mecánicos necesarios para su funcionamiento: tapas, rodamientos, carcasa .en los motores de mediana y gran potencia existe un ventilador en el eje, cuya misión es producir una refrigeración forzada de la maquina, a veces la carcasa es en forma ondulada para mejorar la evacuación del calor. Un detalle importante a considerar en los motores asíncronos trifásicos es la disposición de los terminales del devanado del estator en la llamada caja de bornes de la maquina. A esta caja o placa se llevan los extremos de los bobinados .de acuerdo a la norma UNE-EN 60034-8, se 4

TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA designan con las letras U1 V1 W1 (antiguamente U, V y W) y los extremos finales con U2, V2, W2 (antiguamente X, Y, Z) respectivamente. Los esquemas desarrollados en ambas conexiones se muestran en la figura 4.4

La conexión en estrella se emplea cuando la maquina ha de conectarse a la tensión más elevada indicada en sus placas de característica, utilizando la conexión en triangulo para la tensión más baja Por ejemplo se tiene un motor asíncrono trifásico cuya placa aparecen los valores 30HP 220/380 V, 69.2/40 A, 1450 r.p.m. quiere decir que se puede conectar a una red de 220 V ,disponiendo sus terminales en triangulo (tensión más baja) entonces absorbe a plena carga una corriente de línea de 69.2 A, también se puede alimentar por una red de 380 V, para ello a de conectarse los devanados en estrella (tensión más alta),de tal forma que entonces la maquina consume una corriente (a plena carga) de 40 A Para invertir el sentido de giro del motor es preciso cambiar el sentido del movimiento del campo giratorio .lo cual se logra intercambiando entre si dos cualesquiera de los cables que se unen a la red de alimentación. En la figura 4.6 se muestra una serie de conexiones típicas, indicando los sentidos de giro correspondientes.Las tensiones de trabajo de los motores oscilan entre 220,380 y 500 V. Cuando las potencias necesarias son más elevadas es conveniente emplear maquinas alimentadas por redes de A.T. y es frecuente en grandes motores utilizar tensiones del, orden de 3 kV a 6 kV, cubriendo una gama de potencias entre 200 y 20 000 kW

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1.03 MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS Los motores asíncronos trifásicos de jaula se encuentran entre los más utilizados para el accionamiento de máquinas. El uso de estos motores se impone en la mayoría de las aplicaciones debido a las ventajas que conllevan: robustez, sencillez de mantenimiento, facilidad de instalación, bajo coste.

1.04 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El principio de funcionamiento de un motor asíncrono se basa en la creación de corriente inducida en un conductor cuando éste corta las líneas de fuerza de un campo magnético, de donde proviene el nombre “motor de inducción”. Imagine una espira ABCD en cortocircuito situada en un campo magnético B y móvil alrededor de un eje xy. Si se hace girar el campo magnético en el sentido de las agujas del reloj, la espira queda sometida a un flujo variable y se convierte en el soporte de una fuerza electromotriz inducida que origina una corriente inducida i (ley de Faraday). Es posible definir el sentido de la corriente de los conductores activos AB y CD mediante la aplicación de la regla de los tres dedos de la mano izquierda. La corriente inducida circula de A a B en el conductor AB y de C a D en el conductor CD. Según la ley de Lenz, el sentido de la corriente es tal que se opone por su acción electromagnética a su causa de origen. Cada uno de los dos conductores se somete por tanto a una fuerza F, en sentido opuesto a su desplazamiento relativo con respecto al campo inductor. La regla de los tres dedos de la mano derecha (acción del campo sobre una corriente) permite definir fácilmente el sentido de la fuerza F que se aplica a cada conductor. El pulgar se sitúa en el sentido del campo del inductor. El índice indica el sentido de la fuerza. El dedo del corazón se sitúa en el sentido de la corriente inducida. Por tanto, la espira se somete a un par que provoca su rotación en el mismo sentido que el campo inductor, denominado campo giratorio.

1.05 CREACIÓN DEL CAMPO GIRATORIO Tres devanados, con un desfase geométrico de 120º, se alimentan de sendas fases de una red trifásica alterna. Los devanados reciben corrientes alternas de idéntico desfase eléctrico que producen un campo magnético alterno sinusoidal El campo que genera cada devanado es el resultado de dos campos que giran en sentido inverso y cuyo valor constante equivale a la mitad del valor del campo máximo. En un momento dado t1 del período, los campos que produce cada devanado pueden representarse de la siguiente manera:

  

El campo H1 disminuye. Los 2 campos que lo componen tienden a alejarse del eje OH1, El campo H2 aumenta. Los 2 campos que lo componen tienden a aproximarse al eje OH2,

El campo H3 aumenta. Los dos campos que lo componen tienden a aproximarse al eje OH3. El flujo correspondiente a la fase 3 es negativo. Por tanto, el sentido del campo es opuesto al de la bobina. La superposición de los tres diagramas permite constatar lo siguiente:

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

Los tres campos que giran en el sentido inverso al de las agujas del reloj están desfasados



Los tres campos que giran en el sentido de las agujas del reloj se superponen. Este campo completa una vuelta por cada período de corriente de alimentación. Su velocidad es una función de la frecuencia de la red (f) y del número de pares de polos (p). Se denomina “velocidad de sincronización” y se obtiene mediante la fórmula:

REGLA DE LOS TRES DEDOS

RED TRIFASICA ALTERNA

PRINCIPIO DE UN MOTOR ASINCRONO TRIFASICO

CAMPO GENERADO POR LAS TRES FASES

1.04 COMPOSICIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO Un motor asíncrono trifásico consta de dos partes principales:

 

Un inductor, o estator, Un inducido, o rotor.

1.05 EL ESTATOR Es la parte fija del motor. Una carcasa de metal fundido o de aleación ligera encierra una corona de chapas delgadas (del orden de 0,5 mm de espesor) de acero al silicio. Las chapas quedan aisladas entre sí por oxidación o por barniz aislante. La “foliación” del circuito magnético reduce las pérdidas por histéresis y por corrientes de Foucault. Las chapas disponen de ranuras en las que se sitúan los devanados estatóricos que producen el campo giratorio (tres devanados en el caso de un motor trifásico). Cada devanado se compone de varias bobinas. El modo de acoplamiento de 7

TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA las bobinas entre sí determina el número de pares de polos del motor y, por tanto, la velocidad de rotación.

1.06 EL ROTOR Es la parte móvil del motor. Al igual que el circuito magnético del estator, se compone de un apilamiento de chapas delgadas aisladas entre sí que forman un cilindro sobre el eje del motor

1.07 ROTOR DE JAULA 1.07.1 Rotor de jaula simple Existen unas ranuras ubicadas hacia el exterior del cilindro en los que se sitúan los conductores conectados a cada extremidad por medio de una corona metálica y sobre los que se aplica el par motor que genera el campo giratorio. Los conductores se inclinan ligeramente con respecto al eje del motor para que el par sea regular. El conjunto tiene el aspecto de una jaula, lo que explica el nombre de este tipo de rotor. En motores pequeños, la jaula está totalmente moldeada. Normalmente, se utiliza aluminio inyectado a presión. Las aletas de refrigeración, hacen masa con el rotor. El par de arranque de estos motores es relativamente débil y la corriente que se absorbe durante la puesta bajo tensión es muy superior a la corriente nominal.

1.07.2 Rotor de doble jaula Este es el tipo de rotor más utilizado. Consta de dos jaulas concéntricas, una exterior de gran resistencia y otra interior más débil. Al iniciarse el arranque, dado que el flujo es de elevada frecuencia, las corrientes inducidas se oponen a su penetración en la jaula interior. El par que produce la jaula exterior resistente es importante y se reduce la corriente solicitada. Al finalizar el arranque, el motor pasa a comportarse como si constara de una sola jaula poco. La velocidad sólo es ligeramente inferior a la del motor de jaula simple.

1.07.3 Rotor de jaula resistente El rotor resistente existe principalmente en jaula simple. En general, la jaula queda cerrada por dos anillos de acero inoxidable resistente. Ciertos motores son de tipo motoventilado. El rendimiento de los motores de jaula resistente es inferior, pero la variación de la velocidad puede obtenerse alterando únicamente la tensión. Por lo demás, su par de arranque es bueno.

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1.08 EL ROTOR BOBINA (ROTOR DE ANILLOS) Unos devanados idénticos a los del estator se sitúan en las ranuras de la periferia del rotor, que generalmente es trifásico. Una de las extremidades de cada uno de los devanados está unida a un punto común (acoplamiento en estrella). Varias escobillas de grafito conectadas al dispositivo de arranque frotan los anillos. Dependiendo del valor de las resistencias insertadas en el circuito rotórico, este tipo de motor puede desarrollar un par de arranque que alcanza 2,5 veces el valor del par nominal. La punta de corriente durante el arranque es prácticamente igual a la del par.

1.09 CONSECUENCIAS DE LA VARIACIÓN DE TENSIÓN 1.09.1 Velocidad Las variaciones de tensión no alteran la velocidad de sincronización. Sin embargo, los aumentos de tensión implican la disminución del deslizamiento en el caso de un motor en carga. Este fenómeno queda limitado por la saturación de la máquina. Por el contrario, al disminuir la tensión de alimentación, el motor gira a menor velocidad.

1.10 CONSECUENCIAS DE LA VARIACIÓN DE FRECUENCIA 1.10.1 Par En los motores asíncronos, el flujo es proporcional a la corriente para una frecuencia dada. Trabajar a un par constante siempre que sea posible aumentar U hasta la tensión nominal. Por lo demás, siempre es posible aumentar la frecuencia, pero, al disminuir la corriente, el par disminuye igualmente. 1.10.2 Corriente de arranque Varía proporcionalmente a la tensión de alimentación. Cuando ésta es superior, aumenta la corriente absorbida durante el arranque. Con respecto a las soluciones clásicas (de 6 a 8 veces la corriente nominal), al tiempo que se desarrolla un par de arranque importante. 1.10.3 Velocidad La velocidad de sincronización de los motores asíncronos es proporcional a la frecuencia. Esta propiedad suele utilizarse para funcionar a muy alta velocidad los motores especialmente diseñados para una alimentación, por ejemplo, a 400 Hz (rectificadoras, aparatos de laboratorio o quirúrgicos, etc.). También es posible obtener una velocidad variable mediante la regulación de la frecuencia.

1.11 DEFINICIÓN DE MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO Es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en energía mecánica. La energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos rotativos en el bobinado del estator (o parte fija del motor).

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1.12 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS Un motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos. Debido a que son muchos y variados los tipos de motores eléctricos, existen numerosas formas de catalogarlos. A continuación se muestran algunas de las formas más usuales:

Por su alimentación eléctrica Por el número de fases en su alimentación

Corriente Directa.- la corriente no varía en el tiempo Motores Eléctricos

Corriente Alterna.- la corriente varía con respecto al tiempo Universales.- Son De Velocidad Variable CLASIFICACION POR SU ALIMENTACION ELECTRICA

Rotor Devanado Repulsion Jaula de Ardilla Monofasico – Tienen devanados de arranque 1 fase Fase Fase Partida Con Condensador Partida Tienen devanado de arranque Polo De Sombra Histeresis

Tienen problemas para arrancar

Motores Eléctricos Rotor Devanado

Solo tienen devanado de regimen de trabajo

Bifásico- 2 fases Jaula de Ardilla

No tienen Devanado de arranque

Rotor Devanado

Solo tiene devanado de regimen o trabajo

Trifasico – 3 fases

Rotor Devanado

No tiene devanado de arranque

CLASIFICACION POR EL NÚMERO DE FASES DE ALIMENTACION

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1.13 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE MOTORES TRIFÁSICOS En los generadores y motores para corriente trifásica se originan campos rotativos. Si el rotor tiene la misma velocidad de giro que el campo rotativo del estator, se dice que la máquina eléctrica rotativa trifásica (generador o motor) es síncrona. Si, por el contrario, el rotor tiene una velocidad de giro mayor o menor que dicho campo rotativo, la máquina eléctrica rotativa se llama asíncrona. Por tanto, las máquinas eléctricas rotativas ya sea motor o generador se dividen en dos grandes grupos que son: las máquinas síncronas y las máquinas asíncronas o de inducción. Existen básicamente tres tipos de motores eléctricos:

1.13.1 Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.] Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo número de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos: • Serie • Paralelo • Mixto

1.13.2 Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]. Son los tipos de motores más usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energías “normales”. De acuerdo a su alimentación se dividen en tres tipos: Monofásicos (1 fase) Bifásicos (2 fases) Trifásicos (3 fases)

1.13.3 Los Motores Universales. Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja (del orden del 51%), pero como se utilizan en maquinas de pequeña potencia, ésta no se considera importante, además, su operación debe ser intermitente, de lo contrario, éste se quemaría. Estos motores son utilizados en taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.

1.14 CARACTERÍSTICAS DE MOTORES TRIFÁSICOS Los motores asíncronos y los motores síncronos, difieren unos de los otros prácticamente, por la velocidad de sincronismo (n). Una de las características de los motores asíncronos o de inducción es que la velocidad de éstos es inferior a la velocidad de sincronismo, esto es debido a que el flujo creado por el estator es más rápido que el movimiento ejercido por el rotor, por lo que este tendrá un movimiento casi constante. Pueden mencionarse dos tipos principales de motores de inducción que son: El motor trifásico con rotor en jaula de ardilla y el Motor trifásico con rotor bobinado con anillos rozantes,

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TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA Allí se deriva toda la gama de motores de CA conocidos. Los parámetros más importantes de cualquier motor trifásico son:

 

Potencia: en Watts o en HP

Factor de servicio: es la relación entre la potencia máxima verdadera de la máquina, y su potencia nominal

 Por ejemplo: un motor con un factor de servicio de 1.15, puede ser operado indefinidamente sin daño, a 115% de la carga nominal. El factor de servicio de una máquina en general provee un margen de error en el caso de que las cargas sean estimadas equivocadamente. Las magnitudes mecánicas y eléctricas más utilizadas son:

       

Velocidad de giro: dada en revoluciones por segundo (R.P.M.) Tensión de alimentación: dada como tensión nominal en la placa del motor. Intensidad nominal: corriente de funcionamiento del motor a plena carga. Frecuencia de suministro de la red: medida en Hz. Posición de operación: horizontal, vertical y soportado (colgado). Temperatura ambiente del lugar de la instalación. Altura de su funcionamiento: medido en metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.).

Tamaños NEMA (National Electrical Manufacturers Association) y tipos de carcazas: tipo abierto, semiprotegido, a prueba de goteo, a prueba de agua, totalmente cerrado, enfriado con ventilación. Las máquinas de CA o de inducción hasta hace poco se utilizaban casi exclusivamente para aplicaciones a velocidad constante, sin embargo, el gran avance conseguido en la electrónica de potencia ha permitido la sustitución de los motores de corriente continua por los de inducción, en aplicaciones a velocidad variable.

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2.00 MATEMATICA APLICADA: INTERPRETACION DE CURVA VELOCIDAD DE UN MOTOR DE INDUCCION 3θ JAULA DE ARDILLA. 2.01 CURVA PAR VELOCIDAD

2.02 CURVA PAR- VELOCIDAD, DIFERENTES MOTORES TRIFASICOS

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PAR-


3.00 CIENCIAS BASICAS: PARAMETROS DE UN MOTOR DE INDUCCION 3θ JAULA DE ARDILLA DE 6 TERMINALES 3.01 TENSIONES DE SERVICIO Los distintos tipos de motores dependerán eléctricamente de la tensiones a las cuales las diferentes redes de distribución estén normalizados a servir; los voltajes secundarios normalizados en el sistema de la Empresa Eléctrica, es exclusivo para 380/220 voltios, trifásicos, corriente alterna, 60 Hz. A solicitud del consumidor y después de que la EEGSA haya investigado la posibilidad de prestar un

3.01.1 Tensión Nominal: Para los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensiones pueden ser de 120 o 240 voltios y para motores asíncronos trifásicos las tensiones pueden ser variadas, por ejemplo: 220, 380, 440 voltios, por mencionar algunos. Por lo general los motores asíncronos trifásicos pueden ser alimentados con tensiones que varíen con respecto al valor nominal indicado en placa, las tensiones de alimentación no pueden ser menores del 5%, ni mayores del 105% de la tensión nominal, ya que estas variaciones de tensión perjudican el buen funcionamiento del motor.

3.02 Intensidad Nominal, Intensidad De Arranque: La corriente I precisa para arrancar, es muy intensa e irá decreciendo rápidamente, al aumentar la velocidad. Las máquinas de inducción de este tipo presentan un par de arranque reducido y una corriente de arranque IA de 7 a 10 veces la corriente nominal IN. La corriente de arranque IA es la corriente demandada en el momento exacto de hacer funcionar al motor y la corriente nominal es la corriente indicada en la placa de características del motor. IA = 7x IN y puede llegar hasta IA = 10 x IN Por ejemplo: Si un motor asíncrono trifásico en su placa de características indica una corriente nominal de 10 amperios, el valor de la corriente de arranque puede llegar a valores de: IA = 7 x IN = 7 x 10 A= 70 A IA = 10 x IN = 10 x 10 A = 100 A Se concluye que la corriente de arranque puede estar entre 70 a 100 amperios. Se utilizan varios métodos para reducir corrientes de arranque elevadas, corrientes dañinas a la vida del motor, ya que estas debilitan a los embobinados. 3.03 POTENCIA La potencia mecánica de los motores se expresa, ya sea en caballos de fuerza (HP) o en Kilowatts. La relación entre estas cantidades está dada por la expresión: HP = Kilowatts 0.746

Dos son los factores importantes que determinan la potencia mecánica de salida en los motores: el par y la velocidad. Se define la potencia como el cociente del trabajo W (Medido en Joule) por el tiempo t (medido en segundos); la ecuación de la potencia es: P=W/t

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TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA Donde: P es la potencia, en vatios [W], W es el trabajo en joules [J], T es el tiempo que se emplea para efectuar el trabajo, en segundos [s] Se mide generalmente en joules por segundo (watts), pero también puede medirse en el sistema inglés en libra pie por segundo (lb p/s) o en caballos de fuerza (HP). Un caballo de fuerza es la unidad de potencia igual a: 746 Watts o 3300 lb – pie por minuto o 550 lb – pie por segundo. Un Watt (vatio), es la unidad base de la potencia eléctrica, en los motores grandes la potencia se indica en Kilowatts (Kw), por ejemplo, la salida de un motor de 5 HP es 3.73 Kw, ya que: 5 HP 746 w = 3,730 w = 3.73 Kw 1HP 3.04 VELOCIDAD DE SINCRONISMO La velocidad de sincronismo de los motores asíncronos trifásicos es proporcional a la frecuencia de la corriente de alimentación e inversamente proporcional al número de pares de polos que forman el estator.

Donde: Ns: Velocidad de sincronismo en rpm. f : Frecuencia en Hz .p : Número de pares de polos. En la tabla se indican las velocidades del campo giratorio o velocidades de sincronismo, en función del número de pares de polos, para cada una de las frecuencias industriales de 50 Hz, 60 Hz y 100 Hz y también ejemplos de velocidades asincrónicas. En la práctica no siempre es posible aumentar la velocidad de un motor asíncrono alimentándolo a una frecuencia superior a la prevista, aún adaptando la tensión. En efecto, se necesita comprobar si su diseño mecánico y eléctrico lo permiten.

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TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA 3.05 FACTOR DE POTENCIA En corriente alterna la potencia no se puede obtener como en corriente continua como el producto de la intensidad I por la tensión V, debido al desfase existente entre ambas. Si se mide el valor de la potencia de una máquina eléctrica de corriente alterna CA, durante su funcionamiento, con un vatímetro se comprueba que dicho valor resulta diferente del obtenido multiplicando la intensidad de corriente, medida con un amperímetro, por la tensión, medida con un voltímetro. El vatímetro indica la potencia real, mientras que el producto de I·V indica la potencia llamada aparente (S). El factor de potencia o factor de eficacia es el cociente de ambas potencias, se denomina cos θ (coseno de fi), y es adimensional (no tiene dimensiones). Se tiene: Factor de potencia = cos = Potencia real / Potencia aparente El valor del ángulo θ existente entre la intensidad y la tensión de una corriente alterna, se distingue entre: 3.05.1 Potencia real o activa: Cuya expresión general es: Pactiva = I x V x cosθ, y se mide vatios [watts]. 3.05.2 Potencia aparente: Dada por la fórmula: Saparente= I x V, se mide en Volt x Amperios [VA]. 3.05.3 Potencia reactiva: Es obtenida del diagrama de la Figura, al considerar la potencia aparente como la resultante de la potencia real o activa [W] y está dada por la fórmula: Qreactiva=I x V x senθ, que se mide en Volt x Amperios reactivos [V Ar]. La relación entre la potencia reactiva Q y la potencia aparente S, se llama factor de inducción. En la corriente senoidal coincide con el senθ El valor máximo para el factor de potencia (cosθ) es 1, obteniéndose este valor, cuando la potencia activa P es igual a la potencia aparente S.

L a potencia aparente S es la resultante de la suma geométrica de la potencia activa y de la reactiva por medio del teorema de Pitágoras, como sigue: 12002 = 6002 + 10422

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3.06. PAR Se genera un momento de giro cuando una fuerza se aplica fuera del centro de giro de un cuerpo. El producto de la fuerza F (medida en Newton) por un radio r (medida en metros) del brazo de palanca se denomina par M de la fuerza. Par: Símbolo M M=F*r [M] =N * m Cuando los pares de giro a la derecha y los de giro a la izquierda son iguales, la palanca se encuentra en equilibrio, o sea, en reposo. Si los dos pares son diferentes, la palanca girará en el sentido del par mayor. En las máquinas eléctricas rotativas, también se representan por pares 3.07 OTRAS MAGNITUDES MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS EN LOS MOTORES TRIFÁSICOS 3.08 FRECUENCIA DE GIRO En los motores suele indicarse la frecuencia de giro, que es el número de revoluciones del rotor en un tiempo determinado. Es frecuente tomar el tiempo transcurrido como un minuto. Frecuencia de giro = No. de revoluciones Tiempo transcurrido Frecuencia (f) = 1 ciclo Período Frecuencia de giro = n dada en R.P.M. 3.09 PARES DE POLOS Una barra de un imán consta de dos polos: Norte (N) y Sur (S), también puede decirse que la barra de un imán consta de un par de polos. Las frecuencias siempre vienen registradas en los datos de placa de características del motor, y debido a que la misma depende del número de polos, es relativamente fácil calcular el número de éstos, a partir de la frecuencia. La ecuación para calcular los números de polos de una máquina rotativa es la siguiente: N de polos = 120 * f n Y para calcular los pares de polos la ecuación es: p = No. de polos = 120 * f = 60f 2 2n n Donde: p : es el número de pares de polos “no tiene unidades de medida” No: de polos (es el número de polos) “no tiene unidades de medida” f : es la frecuencia eléctrica en Hz n : es la frecuencia de giro en rad/s 120 y 60 son constantes 18


3.10 RENDIMIENTO La corriente calienta los hilos del devanado; el material del núcleo y los polos se calientan también por magnetización. Además aparecen rozamientos de cojinetes y corrientes de aire. La cantidad de energía desperdiciada en los efectos secundarios se designa como pérdidas. Sólo una parte de la energía primitiva se transforma en la energía deseada; otra parte se transforma en pérdidas de energía, generalmente como calor. En general, la relación entre utilización y consumo se designa como rendimiento h. Si se compara la potencia de salida (potencia utilizable) con la potencia de entrada (potencia aplicada), el rendimiento o eficiencia es la relación entre potencia de salida y potencia de entrada. Es importante que ambas potencias deban estar expresadas en las mismas unidades. = rendimiento Ps = potencia de salida Pe = potencia de entrada El rendimiento puede ser dado como un número decimal o en tanto por ciento (%). Como la potencia de salida es siempre menor que la potencia de entrada, el rendimiento es siempre menor que 1 o que el 100%. Ejemplo: un motor consume 5 kW de potencia eléctrica y produce 4 kW de potencia mecánica. ¿Cuál es su rendimiento? = Ps = 4kW = 0.8 ó 0.8 x 100 = 80% Pe 5kW 3.11 FRECUENCIA DE RED (HZ) La frecuencia de la corriente alterna queda definida por la rapidez con la que se repite cada período; concretamente, la frecuencia mide el número de períodos comprendidos en un tiempo de t = 1 segundo. La frecuencia se representa por la letra f, y se mide en Hercios o Hertz, unidad que se suele representar por Hz. La frecuencia puede expresarse fácilmente, si en lugar de un tiempo cualquiera se toma el tiempo exacto T de un período. El número de ciclos será entonces 1. Frecuencia =

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Un ciclo Período

TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA Las frecuencias usuales son de 50 y de 60 Hz. El período T en segundos, es el tiempo que dura una revolución, una vuelta completa o un ciclo (es una oscilación completa de una tensión o una corriente alterna) Ciclo: la curva representada en la figura representa una oscilación. Después de los 360° la curva vuelve a empezar. Este fenómeno es, pues, periódico, ya que se repite cuando se suceden varias oscilaciones.

3.12 DESLIZAMIENTO El par motor sólo puede existir cuando una corriente inducida circula por la espira. Para ello es necesario que exista un movimiento relativo entre los conductores activos y el campo giratorio. Por tanto, la espira debe girar a una velocidad inferior a la de sincronización, lo que explica que un motor eléctrico basado en el principio anteriormente descrito se denomine “motor asíncrono”. La diferencia entre la velocidad de sincronización y la de la espira se denomina “deslizamiento” y se expresa en %. El deslizamiento en régimen estable varía en función de la carga del motor.

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3.13 MEDIDAS DE SEGURIDAD Antes de empezar un mantenimiento básico, tome todas las precauciones posibles, donde no se puedan evidenciar problemas de tipo eléctrico o mecánico en el motor. Por tanto siempre: 1) Baje todos interruptores electromagnéticos 2) Coloque un rótulo donde se indique que se está trabajando en el mantenimiento del motor. 3) Mida tensión en las terminales que alimentan al motor (estas deben indicar cero voltios). 4) Mida la intensidad en las terminales que alimentan al motor (estas deben indicar cero Amperios).

3.14 PROTECCIÓN AMBIENTAL Es importante contar con un plan de eliminación de desechos para contribuir con el medio ambiente, y el lugar de trabajo, es por ello que es importante tomar en cuenta las recomendaciones siguientes: • Guarde los pedazos de alambres o cables sobrantes. • Seleccione los diferentes tipos de materiales según estos sean vidrio, papel, plástico, cobre o aluminio; introdúzcalos en un recipiente para cada material • Deje limpio y ordenado el lugar de trabajo.

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RESUMEN Los motores eléctricos trifásicos son fabricados en muy diversos tamaños, potencias (HP), tensiones, frecuencias y diseñados para trabajar en distintos tipos de ambientes de trabajo; por excelencia el motor eléctrico es el encargado de convertir la energía eléctrica (alterna o directa) suministrada, en energía mecánica rotativa. Para el caso de la energía eléctrica trifásica, origina dentro de los embobinados del motor, campos magnéticos rotativos en el estator, que producen el movimiento giratorio en el rotor. El motor trifásico de rotor en cortocircuito, su construcción es similar a los motores monofásicos de fase partida, pudiéndose diferenciar de los anteriores por que carecen de interruptor centrífugo. Existen dos tipos de motores trifásicos que son: los motores Síncronos y los motores Asíncronos; se diferencian uno del otro principalmente porque, el rotor tiene la misma velocidad de giro que el campo magnético rotativo, se dice que tiene una velocidad síncrona y si el rotor no gira a la misma velocidad del campo rotativo se dice que es asíncrona. Los motores asíncronos o motores de inducción, son las máquinas de impulsión eléctrica más utilizadas, se clasifican según el tipo de rotor: motores de rotor en forma de jaula de ardilla o motores de inducción y los motores de rotor bobinado o de anillos rozantes. Los motores síncronos tienen la característica de que su velocidad de giro Dependen de la frecuencia de la red que lo alimenta, sus aplicaciones son muy específicas, por ejemplo cuando se desean velocidades constantes.

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Los diferentes motores ya sean trifásicos, monofásicos o de corriente directa, pueden ser arrancados directamente de la red eléctrica; sin embargo, no es recomendable, no solamente por la seguridad personal, sino que también por la excesiva corriente que se provoca en el momento del arranque, por tanto existen diferentes métodos para reducir la corriente en el momento del arranque del motor. El motor más empleado es el trifásico con rotor en cortocircuito (motor de inducción) para el que existen diversas formas de arranque como el de arranque directo y el indirecto. Otros motores son los trifásicos con rotor bobinado, cuyo arranque se realiza por medio de resistencias rotóricas. Para el arranque de motores de corriente continua se aplican básicamente dos tipos: arranque directo e inversión de giro manual o por medio de ores. La corriente de arranque a tensión nominal es mayor en los motores CD comparada con un motor en AC de la misma potencia. En un arranque estrella – delta, el voltaje de trabajo debe de coincidir con la tensión que soporta en delta, además la corriente de arranque del motor en el arranque estrella – delta es un tercio del valor correspondiente al arranque directo. Para la elección de un motor eléctrico, es necesario hacer varias consideraciones importantes, dentro de las que se mencionan: el lugar en donde se colocará el motor, la tensión del que va a tomar la energía, que potencia en HP es necesaria según su carga y con esto conlleva también, su instalación eléctrica, cálculo de conductores, medios de control, elementos de protección, costos de instalación, mantenimiento, reciclaje, protección ambiental, entre otros


AUTOEVALUACIÓN 1. Un motor es una máquina eléctrica rotativa, donde la energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos en él: A) or B) Rotor C) Estator D) Embobinado 2. En un motor sincrónico, el rotor tiene el (la) ______________________________ velocidad de giro que el campo magnético rotativo. A) Duplo B) Misma C) Triple D) Mitad 3. Los motores ______________________________ tienen la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la corriente alterna que lo alimenta. A) Asíncronos B) Shunt C) Compound D) Síncronos 4. Los motores asíncronos o ____________________ son las máquinas de impulsión eléctrica más utilizadas por ser sencillos, seguros y baratos. A) De inducción. B) Síncronos C) Tipo Serie D) Compound 5. El producto de la fuerza F (medida en Newton) por un radio r (medida en metros) del brazo de palanca se denomina ____________________ de la fuerza. A) Frecuencia de giro B) Par C) Número de polos D) Potencia 6. La potencia mecánica de un motor de 2 Kw, es igual a ___________________________HP. A) 2.5 B) 1.49 C) 2.68 D) 1.5 7. Para un motor que consume 10 kW de potencia eléctrica y produce 7.5 kW de potencia mecánica, el rendimiento es igual a _________________ %. A) 75 B) 80 C) 90 D) 65 8. En los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensiones nominales pueden ser de ____________ ó ___________ Voltios. A) 110 - 120 B) 120 - 240 C) 240 - 380 D) 380 - 480

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TEMA: REALIZAR EL DIAGNOSTICO DE MOTOR DE INDUCCIÓN 3θ JAULA DE ARDILLA 9. En una máquina eléctrica de CA se mide durante su funcionamiento, el valor de la potencia real con un: A) Amperímetro B) Voltímetro C) Vatímetro D) Fasímetro 10. En los motores trifásicos, cuando se varia el número de _______________________ se puede variar la velocidad de giro. A) Polos B) Bornes C) Escobillas D) Chapas 11. El sentido de rotación de un motor de corriente _________________________ puede invertirse cambiando el sentido de la corriente que circula por el inducido o el de la que circula por el inductor. A) Continúa B) Alterna C) Pulsante D) Monofásica

DESCRIPCIÓN DE LAS PARTES DE UN MOTOR Debajo de la figura mostrada, escriba en los espacios en blanco, el tipo de motor y los nombres de las partes señaladas. Hágalo en forma individual y compruebe sus respuestas con las de sus demás compañeros.

1. _____________________________ 2. ______________________________ 3. ______________________________ 4. ______________________________ 5. ______________________________ 6. ______________________________ 7. ______________________________ 8. ______________________________ 9. ______________________________ 10. _____________________________

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GLOSARIO Arranque secuencial de motores: El control secuencial se refiere al arranque de un motor después de otro en un orden predeterminado, por ejemplo, un sistema de transformadores compuesto por cuatro secciones, las secciones deben arrancar en el orden o la secuencia correcta. Si por alguna razón el motor no arranca, el siguiente motor tampoco lo hará.. Bimetálico: Palabra compuesta por el prefijo “bi” y metálico que significa compuesto por dos metales. Bobina: Componente de los circuitos eléctricos formado por un hilo conductor aislado y arrollado repetidamente, en forma variable, según su uso. Bobinado del estator: Arrollado correspondiente al estator (parte estática del motor). Caballo de fuerza: Medición de potencia en un motor, equivalente a 746 W. Campo magnético rotativo: Campo magnético generado en los bobinados del estator, producido al alimentar un motor con corriente alterna trifásica, desplazada 120°. Carcaza: Parte metálica exterior del motor que protege y aísla el motor, de las partes eléctricas; es el encargado de sostener a los escudos, ubicados en la parte lateral del motor. Ciclo de una onda sinusoidal: Se describe en términos de sus alteraciones, una positiva y otra negativa. Período de tiempo en el que se verifica una serie de acontecimientos o fenómenos hasta llegar a uno, a partir del cual, vuelven a producirse en el mismo orden. Conexión: Unión o enlace efectuada para energizar uno o varios elementos. or: Elemento electromagnético, que consta de una bobina, os principales y en algunos casos, de os auxiliares.

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Deslizamiento: Efecto producido en un motor trifásico de inducción, en donde la velocidad del motor es menor a la velocidad síncrona. Enchapado ranurado: Estructura en forma apilada, construida con material ferromagnético. Estator: Parte estacionaria de un motor eléctrico. Fusión: Proceso por el que se destruye el or, debido a las altas temperaturas que en él se generan. HP: Siglas en inglés Horse Power inscritas en la placa del motor, que indican la de potencia que caracteriza al motor. Instalación: Unir o empalmar terminales en un lugar determinado, para realizar un circuito eléctrico. Interruptor tripolar: Interruptor provisto de tres Polos Jaula de ardilla: Rotor de un motor que tiene rotor con forma de jaula, en cortocircuito. Laminaciones: Polos de campo fabricadas con hierro, en paquetes de láminas delgadas, que soportan a los devanados de campo. Máquina eléctrica: Aparato alimentado con o genera corriente eléctrica, para desarrollar un trabajo. Motor: Aparato generador de fuerza que proporciona movimiento a una máquina o mecanismo. Motor Asíncrono: Motores eléctricos donde el rotor gira a distinta velocidad que el campo magnético giratorio del estator. Motor Síncrono: Motor en donde el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio del estator. Período T: Medida del tiempo en segundos; es el inverso de la frecuencia en Hertz. Polos: Partes magnéticas de un imán o electroimán. Rotor: Parte giratoria de un motor Tensión nominal: Voltaje con que opera un equipo, herramienta o máquina. Velocidad: Relación que se tiene de un desplazamiento en factor del tiempo


BIBLIOGRAFÍA 1. Chapman Stephen, ¨Máquinas eléctricas¨ Tercera edición, Colombia, Editorial McGranw Hill, 2000. 768 pp. 2. Harper, Enríquez. ¨Control de Motores Eléctricos¨, Primera edición. México. Editorial Limusa S.A. 2002. 314 pp. 3. Kämper Michael, ¨Manual de Esquemas, Automatización y Distribución de Energía¨, Primera edición, Alemania, Editorial Moeller, 1999. 4. Müller, Wolfgang Cooperación técnica República Federal de Alemania. “Electrotécnica de Potencia, Curso Superior”. Primera edición. Versión española; D. Jorge Romano Rodríguez. España. Editorial Reverté S.A. 1984. 409 pp. 5. “Manual electrotécnico Telesquemario Telemecanique” Schneider Electric España, S.A. 285 pp 6. Instituto Técnico de Capacitación y Productividad División Técnica – “Departamento de Industria Instalación Y Mantenimiento De Motores Eléctricos Trifásicos” Edición 01 Guatemala, agosto de 2002. 277pp 7. Fraile Mora, Jesús “Maquinas Eléctricas “(5ª Ed.) S.A. Mcgraw-Hill / Interamericana De España 2003 757 pp. 8. M.P. KOSTENKO, L.L. PIOTROVSKI “Maquinas Eléctricas” Editorial MIR /Moscú impreso en la URSS Traducción al español, Editorial MIR, 1975 600 pp.

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