Laboratorio de Maquinas Elctricas 2 11GUIA DE LABORATORIO N 10 -
INSTALACION, ARRANQUE E INVERSION DE MARCHA DEL MOTOR ASINCRONO
MONOFASICO CON CONTACTORES1. OBJETIVO: Elaborar el plano de
instalacin, realizar el montaje y verificar la correcta operacin e
inversin de marcha del motor de induccin monofsico utilizando
contactores para su control. Obsrvese las normas que el establece
el cdigo elctrico nacional. 2. FUNDAMENTO TEORICO: los motores
monofsicos asncronos o tambin llamados motores monofsicos de
induccin son las mquinas de impulsin elctrica ms utilizadas por su
sencillez, seguridad y costo. En general en todas las dependencias
industriales se necesitan pequeos motores que funcionen mediante
alimentacin monofsica para los diversos aparatos
elctricos.Desarrollar la teora que explique la inversin de marcha
del motor asncrono monofsico.
MOTORES ASNCRONOS MONOFSICOSEl motor asncrono monofsico, menos
utilizado que su homlogo trifsico, desempea un papel nada
despreciable en las aplicaciones de baja potencia.A igualdad de
potencia, es ms voluminoso que un motor trifsico.Por otra parte,
tanto su rendimiento como su coseno j son mucho ms dbiles que en el
caso del motor trifsico y varan considerablemente en funcin de la
potencia y del fabricante.Los motores monofsicos, como su propio
nombre indica son motores con un solo devanado en el estator, que
es el devanado inductor. Prcticamente todas las realizaciones de
este tipo de motores son con el rotor en jaula de ardilla. Suelen
tener potencias menores de 1KW, aunque hay notables excepciones
como los motores de los aires acondicionados con potencias
superiores a 10KW.Se utilizan fundamentalmente en electrodomsticos,
bombas y ventiladores de pequea potencia, pequeas
mquinas-herramientas, en los mencionados equipos de aire
acondicionado, etc. Se pueden alimentar entre una fase y el neutro
o entre dos fases. No presentan los problemas de excesiva corriente
de arranque como en el caso de los motores trifsicos de gran
potencia, debido a su pequea potencia, por tanto todos ellos
utilizan el arranque directo.COMPOSICINEl motor monofsico, al igual
que el trifsico, consta de dos partes:El estatorIncluye un nmero
par de polos y sus bobinados estn conectados a la red de
alimentacin.El rotorEn la mayora de los casos es de jaula.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOConsidere un estator que incluye dos
devanados, L1 y N, conectados a la red de alimentacin.La corriente
alterna monofsica engendra un campo alterno simple en el rotor H
que es la superposicin de dos campos giratorios, H1 y H2, de igual
valor y de sentido opuesto.En el momento de la parada, dado que el
estator est siendo alimentado, los campos presentan el mismo
deslizamiento con respecto al rotor y, por tanto, producen dos
pares iguales y opuestos. El motor no puede arrancar.Un impulso
mecnico sobre el rotor causa la desigualdad de los deslizamientos.
Uno de los pares disminuye mientras que el otro aumenta. El par
resultante provoca el arranque del motor en el sentido en el que ha
sido lanzado. Principio de funcionamiento de un motor asncrono
monofsico
MODOS DE ARRANQUELos motores monofsicos no pueden arrancar
solos. Por tanto, se emplean diferentes tcnicas para su
arranque.
ARRANQUE POR FASE AUXILIAREn este tipo de motores, el estator
consta de dos devanados con un decalado geomtrico de 9.Durante la
puesta en tensin, y debido a las diferencias de fabricacin de los
bobinados, una corriente I1 atraviesa la fase principal y una
corriente ms dbil I2 circula por la fase auxiliar con cierta
diferencia de tiempo respecto de I1. Dado que los campos estn
generados por dos corrientes desfasadas entre s, el campo giratorio
resultante es suficiente para provocar el arranque en vaco del
motor.Cuando el motor alcanza aproximadamente el 80% de su
velocidad, es posible retirar del servicio (acoplador centrfugo) la
fase auxiliar o bien mantenerla. De este modo, el estator del motor
est transformado en el momento del arranque o permanentemente, como
estator bifsico.Para invertir el sentido de rotacin, basta con
invertir las conexiones de una fase.Dado que el par que se obtiene
durante el arranque es dbil, conviene aumentar el decalado entre
los dos campos que producen los bobinados. Para ello, se emplean
los siguientes procedimientos de arranque.
ARRANQUE POR FASE AUXILIAR Y RESISTENCIAUna resistencia situada
en serie en la fase auxiliar aumenta tanto su impedancia como la
diferencia de tiempo entre l1 y l2.Al finalizar el arranque, el
funcionamiento es idntico al del mtodo de fase auxiliar.
ARRANQUE POR FASE AUXILIAR E INDUCTANCIASe utiliza el principio
anterior, pero la resistencia se sustituye por una inductancia
montada en serie en la fase auxiliar para aumentar la diferencia
entre las dos corrientes.
ARRANQUE POR FASE AUXILIAR Y CONDENSADOREs el dispositivo ms
utilizado. Consiste en situar un condensador en la fase auxiliar.El
condensador provoca un desfase inverso al de una inductancia. Por
tanto, el funcionamiento durante el perodo de arranque y la marcha
normal es muy similar al de un motor bifsico de campo giratorio.
Por otra parte, tanto el par como el factor de potencia son ms
importantes.Una vez arrancado el motor, es necesario mantener el
desfase entre ambas corrientes, pero es posible reducir la
capacidad del condensador, ya que la impedancia del estator ha
aumentado.
Arranque por fase auxiliar
Arranque por fase auxiliar y resistencia
Dispositivo de inversin de conexiones de la fase auxiliar
Arranque por fase auxiliar y condensador
INVERSIN DE GIRO DE UN MOTOR MONOFSICOPara realizar la inversin
de giro, se ha de tener presente que para invertir el sentido, slo
se invertir el sentido de la corriente en uno de los devanados
(bobinados), ya que de hacerlo en ambos no se lograra la inversin
deseada. En el siguiente esquema se muestra como conexionar para
obtener el cambio de giro de un motor monofsico.
.
Si tu motor tiene capacitor de arranque te puedes dar cuenta
porque estar entre la bobina U y Ua.3. ELEMENTOS A UTILIZAR: Para
los fines del ensayo se utilizara:
Motor asncrono monofsico. Pulsadores. Multmetro.
Contactores.
4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCION: Reconocer e identificar los
terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de las
bobinas.
Elaborar el diagrama completo del circuito de fuerza para una
tensin de alimentacin de 220V.
Elaborar el diagrama del circuito de control considerando una
tensin de alimentacin a la bobina del contactor de 220V.
Registrar la corriente de arranque la corriente de vaco y la
corriente que toma el motor en el momento de la inversin de marcha,
comprelas y comente sus valores.En marcha directa
En marcha inversa
Las corriente de contramarcha no se pudieron medir porque el
motor usado tena un interruptor centrifugo que impeda la inversin
del giro del motor
5. CUESTIONARIO DE EVALUACION:EXPLIQUE TERICAMENTE POR QUE SE
INVIERTE LA ROTACIN DEL MOTOR AL INVERTIR LAS LNEAS DEL CIRCUITO
AUXILIAR.El giro del motor monofsico ser posible invertirlo
cambiando las conexiones de lnea de dos terminales cualesquiera del
estator, ya que simultneamente se cambia el sentido de giro del
campo magntico giratorio.
ANALIZAR LA FORMACIN DEL CAMPO MAGNTICO EN EL ROTOR DEL MOTOR
MONOFSICO.El campo magntico producido por una corriente monofsica
en una bobina est siempre sobre el eje de la misma (es decir no se
produce un campo magntico giratorio), si bien variar su valor y
sentido. Para que se produzca un campo alterno giratorio tienen que
haber por lo menos dos bobinas desfasadas entre s 90.Para que se
produzca un campo giratorio en el estator es condicin necesaria que
haya un decalaje en el tiempo entre la corriente del arrollamiento
auxiliar y la corriente del arrollamiento principal. Los campos
alternos que se producen en el arrollamiento principal y
arrollamiento secundario estan decalados entre s en el espacio y en
el tiempo, y forman un campo giratorio comn. Ese campo giratorio
permite autoarranque. Los motores de induccin monofsicos pueden
ahora arrancar solos.La velocidad del campo giratorio viene dada,
igual que en los motores trifsicos, por el nmero de polos y por la
frecuencia de la red. La figura muestra la formacin del campo
giratorio en los instantes 1 y 2 para unas corrientes de
arrollamiento segn la figura.
El desfase entre las corrientes del arrollamiento principal y
del arrollamiento secundario se consigue mediante el efecto de una
capacidad, de una resistencia activa o por la mayor inductividad
del arrollamiento auxiliar. Si se intercala una capacidad, una
resistencia activa o una inductancia en el arrollamiento auxiliar
de los motores de induccin monofsicos, se obtiene un campo
giratorio. Los motores monofsicos con inductancia se utilizan poco,
por su reducido par de arranque.
QU OCURRE CON EL MOTOR SI AMBOS DEVANADOS, PRINCIPAL Y AUXILIAR
TIENEN LA MISMA IMPEDANCIA?, HACER UNA EXPLICACIN DETALLADA
UTILIZANDO EL DIAGRAMA FASORIAL CORRESPONDIENTE.Durante la fase de
arranque, las corrientes que circulan por ambos arrollamientos estn
desfasadas entre s al tener distinta resistencia, debido a que se
confeccionan con hilo de diferente calibre. Este desfase en las
corrientes junto al desfase geomtrico en la situacin de las bobinas
hace que el campo magntico resultante sea giratorio, aunque no
circular; es decir, que no tiene la misma fuerza magnetomotriz en
toda la circunferencia del estator. Por eso el par motor durante el
arranque es dbil, aunque suficiente para arrancar.
Este campo giratorio induce corrientes en el arrollamiento
rotrico, las cuales generan a su vez otro campo magntico. Ambos
campos magnticos reaccionan entre si y determinan el giro del
rotor. El arrollamiento de arranque solo es necesario para poner en
marcha el motor, es decir, para engendrar el campo giratorio.
POR QU SE RECOMIENDA FABRICAR MOTORES MONOFSICOS DE BAJA
POTENCIA?Los motores monofsicos de corriente alterna tienen una
construccin idntica al motor trifsico de induccin, slo que tienen
una gran limitacin ya que slo poseen una fase en el devanado del
estator y por lo tanto el campo magntico en estos motores
monofsicos no gira, sino nicamente oscila, hacindose primero ms
grande y luego ms pequeo, pero mantenindose siempre en la misma
direccin.Esta limitante hace que motor monofsico de induccin no
tenga par de arranque propio, y si se hace girar el rotor en
cualquier direccin mientras el devanado monofsico este excitado, el
motor desarrollar un par en esa direccin; por esta razn es
recomendable que los motores monofsicos sean de baja potencia, ya
que si fueran de alta potencia no tendran el par de arranque
suficiente para funcionar.
DESCRIBA LOS TIPOS DE MOTORES MONOFSICOS QUE MS SE UTILIZAN Y
BREVEMENTE EXPLIQUE EL PRINCIPIO DE OPERACIN APLICADO.Los motores
monofsicos han sido perfeccionados a travs de los aos, a partir del
tipo original de repulsin, en varios tipos mejorados, y en la
actualidad se conocen:
1. Motores de fase partida: En general consta 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
rotor y conectados por medio de anillos de cobre en ambos extremos,
denominado lo que se conoce como una jaula de ardilla. Se les llama
as, porque se asemeja a una jaula de ardilla. Fueron de los
primeros motores monofsicos usados en la industria, y an permanece
su aplicacin en forma popular. Estos motores se usan en: mquinas
herramientas, ventiladores, bombas, lavadoras, secadoras y una gran
variedad de aplicaciones; la mayora de ellos se fabrican en el
rango de 1/30 (24.9 W) a 1/2 HP (373 W).
2. Motores de arranque con capacitor: Este tipo de motor es
similar en su construccin al de fase partida, excepto que se
conecta un capacitor en serie con el devanado de arranque para
tener un mayor par de arranque. Su rango de operacin va desde
fracciones de HP hasta 15 HP. Es utilizado ampliamente en muchas
aplicaciones de tipo monofsico, tales como accionamiento de mquinas
herramientas (taladros, pulidoras, etctera), compresores de aire,
refrigeradores, etc. En la figura se muestra un motor de arranque
con capacitor.
3. Motores con permanente: Utilizan un capacitor conectado en
serie con los devanados de arranque y de trabajo. El crea un
retraso en el devanado de arranque, el cual es necesario para
arrancar el motor y para accionar la carga. La principal diferencia
entre un motor con permanente y un motor de arranque con capacitor,
es que no se requiere switch centrfugo. stos motores no pueden
arrancar y accionar cargas que requieren un alto par de
arranque.
4. Motores de induccin-repulsin: Los motores de
induccin-repulsin se aplican donde se requiere arrancar cargas
pesadas sin demandar demasiada corriente. Se fabrican de 1/2 HP
hasta 20 HP, y se aplican con cargas tpicas como: compresores de
aire grandes, equipo de refrigeracin, etc.
6. Motores de polos sombreados: Este tipo de motores es usado en
casos especficos, que tienen requerimientos de potencia muy bajos.
Su rango de potencia est comprendido en valores desde 0.0007 HP
hasta 1/4 HP, y la mayora se fabrica en el rango de 1/100 a 1/20 de
HP. La principal ventaja de estos motores es su simplicidad de
construccin, su confiabilidad y su robustez, adems, tienen un bajo
costo. A diferencia de otros motores monofsicos de C.A., los
motores de fase partida no requieren de partes auxiliares
(capacitores, escobillas, conmutadores, etc.) o partes mviles
(switches centrfugos). Esto hace que su mantenimiento sea mnimo y
relativamente sencillo.
7. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Los motores monofsicos se
debieron enfrentar obstculos de considerable importancia, primero
porque la corriente de tensin monofsica no produce un campo
magntico giratorio. Luego de sortear este obstculo los fabricantes
se encontraron con la problemtica que trae consigo el hecho que los
motores monofsicos no poseen par de arranque intrnseco. Se midieron
las corrientes de arranque y nominal, la de contramarcha no se pudo
medir debido a que el motor contaba con un interruptor centrifugo
que nos impidi invertir la marcha del motor. Las aplicaciones de
los motores monofsicos hoy son muy amplias, puesto que cada sistema
est diseado con caractersticas especficas, sin embargo cada una de
las diferentes configuraciones tienen ventajas y desventajas tanto
una con respecto de otra, como cada una con respecto a la
instalacin misma donde ser ubicada. Los diferentes motores que
hemos conocido han hecho posible el desarrollo de nuevas mquinas,
herramientas y aparatos, tanto para su aplicacin industrial o
domstica. No se pudo medir la resistencia de una de las bobinas
debido a la presencia de un condensador, y lo que medimos en el
multmetro fue circuito abierto.
8.
BIBLIOGRAFIAhttp://www.monografias.com/trabajos72/motores-induccion-monofasicos/motores-induccion-monofasicos.shtmlhttp://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lep/salvatori_a_m/capitulo2.pdfhttp://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=22&id_sec=1http://es.slideshare.net/carlosmorcho/motores-monofsicos-de-induccinhttp://www.skf.com/pe/industry-solutions/electric-motors/electric-motors-for-consumer-goods/applications/ac-single-phase-induction-motors/index.htmlhttp://html.rincondelvago.com/motores-de-induccion-monofasicos-asincronos.htmlhttps://es.wikipedia.org/wiki/Motor_monof%C3%A1sico_de_fase_partidahttp://www.ib.cnea.gov.ar/nmayer/monografias/motor%20monof%E1sico.PDF
GUIA DE LABORATORIO N 10: INSTALACION, ARRANQUE E INVERSION DE
MARCHA DEL MOTOR ASINCRONO MONOFASICO CON CONTACTORES