7.5.2 Principio de funcionamiento Motor de fase partida

7.5 Motores monofásicos
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Introducción
Principio de funcionamiento
F.E.M. inducida
Par electromagnético
Sistemas de excitación
Reacción de inducido
Conmutación
Funcionamiento generador
Funcionamiento motor
7.5.1 Introducción
Los motores monofásicos de inducción se utilizan, principalmente, en
los electrodomésticos y máquinas herramienta. Su diseño es muy
parecido al de los trifasicos. El rótor es en jaula de ardilla. El
devanado estatórico está formado por dos conjuntos de bobinas, el
devanado principal y el auxiliar, despalzadas 90º, y alojadas en las
ranuras del paquete magnético estatórico.
Cuando se alimenta el devanado principal con corriente alterna,
produce uno o varios pares de polos Norte-Sur cuya amplitud es
variable con el tiempo (debido a las variaciones de la intensidad),
pero que tienen una dirección fija en el espacio (campo pulsante). El
devanado auxiliar solo funciona durante el arranque y debe producir
el mismo número de pares de polos que el principal. Idealmente,
debería ser recorrido por una corriente con 90º de desfase con
respecto a la del principal, con lo que se podría producir un campo
magnético giratorio de amplitud constante. En la práctica basta con
que estén suficientemente desfasadas para que el motor tenga
suficiente par de arranque
7.5.2 Principio de funcionamiento
Cuando se aplica una tensión alterna al
devanado estatórico principal, circula una
corriente Is y se produce un campo magnético
que da lugar a un flujo φs. El campo creado tiene
una amplitud variable pero no es giratorio. Es de
dirección fija (campo pulsante). Este campo
induce FF.E.MM. y corrientes en el rótor, pero la
interacción Irótor-Campo da lugar a fuerzas que se
cancelan mutuamente. Como consecuencia, no
se produce par de arranque alguno y el rótor no
gira.
Sin embargo, si externamente se mueve el rótor
en cualquier dirección, el motor acelera
rápidamente y se mantiene girando a una
velocidad próxima al sincronismo.
Al girar el rótor se induce una F.E.M. (de
rotación) en los conductores del rótor, que da
lugar a la circulación de Ir. La interacción de Ir
con el campo origina la fuerza (par) que lo
mantiene en rotación.
Coorientes rotóricas
220 V, 50 Hz
Alimentación
Rotación
Corriente Ir
220 V, 50 Hz
Alimentación
7.5.2 Principio de funcionamiento
Par de arranque
Para producir par en el arranque es necesario crear
un campo magnético rotativo. Esto puede lograrse
mediante el devanado auxiliar. Cuando ambos
devanados (principal y auxiliar) se conectan a la red
de C.A. se producen flujos (φs ,φr) ortogonales (debido
a la disposición física de las bobinas). Idealmente, si
las corrientes Is e Ir estuviesen desfasadas 90º, podría
producirse un campo magnético rotativo de circular
(amplitud constante). En realidad sería necesario que
NsIs y NrIr fuesen iguales. Dado que las intensidades
no van en cuadratura, se obtiene un campo giratorio
elíptico (amplitud variable entre un máximo y un
mínimo). Para obtener el desfase deseado se inserta
en el devanado auxiliar la impedancia Z. La elección
del tipo de impedancia (R, L o C) da lugar a varios de
motores de “Fase Partida”. Un interruptor centrífugo
(S), desconecta el devanado auxiliar cuando la
velocidad es del orden del 75% de la de sincronismo.
Devanado
auxiliar
Rotación
Devanado
principal
Fuente
C.A.
7.5.2 Principio de funcionamiento
Motor de fase partida
El devanado principal de de los motores monofásicos suele hacerse de hilo
relativamente grueso para disminuir las pérdidas por efecto Joule. El número de
espiras también suele ser alto. Esto hace que en el arranque presente una
impedancia aparente muy inductiva, por lo que la corriente de arranque retrasará
bastante respecto de la tensión aplicada. El devanado auxiliar suele tener un
número relativamente pequeño de espiras y de menor sección que el principal. Por
tanto presenta una mayor resistencia y menor inductancia que el principal. Esto
hace que Ia retrase menos respecto de la tensión aplicada que Ip. De esta forma se
consigue el desfase relativo entre las dos intensidades.
Interruptor
centrífugo
Devanado auxiliar
Hilo fino
Devanado principal
Hilo grueso
7.5.2 Principio de funcionamiento
Motor de fase partida. Condensador de arranque
Para aumentar el desfase de la corriente del devanado auxiliar respecto del
principal puede disponerse un condensador en serie con el circuito auxiliar.
Esto permite acercar bastante el desfase entre las intensidades a la condición ideal
de cuadratura, lo que conlleva el máximo valor posible de par de arranque.
Interruptor
centrífugo
Condensador
Devanado auxiliar
Hilo fino
Devanado principal
Hilo grueso
7.5.2 Principio de funcionamiento
Motor de espira de sombra
Los motores monofásicos de espira de sombra
son muy utilizados en aparatos de pequeña
potencia debido a su simple ejecución. El
devanado auxiliar consiste en una única espira
de cobre que rodea una porción de cada polo.
El devanado principal se alimenta de la red de
C.A. y produce un flujo φ que puede
considerarse formado por tres componentes, φ1
,φ2 y φ3, todas ellas en fase. El flujo φ1 atraviesa
la espira cortocircuitada del polo de la
izquierda, lo que induce en ella una corriente.
Esta corriente da lugar a un flujo φa que retrasa
respecto de φ1 y, por tanto, con respecto a φ2 y
φ3. La acción combinada de φa con (φ2 + φ3), da
lugar a un débil campo giratorio que arranca el
motor.
Rotación
Anillo de cobre
Devanado auxiliar
Devanado principal
Fuente
C.A.