partes motor trifasico jaula de ardilla

UNIDAD 01 CONSTITUCION, IDENTIFICACION Y FUNCION DE LAS PARTES DEL MOTOR TRIFASICO JAULA DE ARDILLA Dentro de las características fundamentales de los motores eléctricos, éstos se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes. No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.

1.1. PARTES DEL MOTOR TRIFASICO JAULA DE ARDILLA

Figura 1. Partes del motor ttrifásico rifásico Jaula de Ardilla.

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1.2. FUNCION DE LAS PARTES DEL MOTOR TRIFASICO JAULA DE ARDILLA. 1.2.1. ESCUDO O TAPA Las tapas o escudos sostienen y portan los Cojinetes, que a su vez, permiten centrar el eje que soportan la acción del rotor. Cierra el motor por sus lados y se unen a la carcaza por medio de pernos o de tomillos de fijación.

Figura 2. Escudo o tapa 1.2.2. BALINERA O COJINETES Los Cojinetes, también conocidos como rodamientos, contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias del motor. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales: a) Cojinetes de deslizamiento.

- Operan en base al principio de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo. b) Cojinetes de rodamiento.

- Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones: • Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque.

• Son compactos en su diseño.

• Tienen una alta precisión de operación.

• No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.

• Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales: 1. Cojinetes de desplazamiento: Rodamientos deslizantes fijos o rodamientos.

Cojinetes deslizantes macizos o Tipo manguito o Tipo casquillo.

Cojinetes deslizantes partidos.

2. Cojinetes de rodamiento: Rodamientos radiales De bolas o baleros: - Una fila, ranura profunda.

- Dos filas, ranura profunda.

- Una fila, contacto angular.

- Dos filas, contacto angular.

- Autoalineantes.

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De Rodillos: - Cilíndricos.

- Una fila, esféricos.

- Dos filas, esféricos.

- Ahusados.

- De agujas.

Rodamientos axiales o de empuje.

De bolas.

De rodillos, cilíndricos.

De rodillos, esféricos.

De rodillos, cónicos.

Cojinete de deslizamiento

Cojinete de rodamiento

Figura 3. B Balinera / rodamiento.

Son los elementos mecánicos destinados a la fijación del eje eje a los partes fijas del motor y a disminuir la superficie de fricción. Los más comunes son: de rodamientos de bolas o de rodillos y los de menor uso los de bujes.

1.2.3. ARANDELA DE PRESIÓN

Figura 4. Arandela de presión Facilita fijar solidariamente amente a la tapa o escudo el anillo exterior de la balinera, sin permitirle su giro.

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1.2.4. SELLO El sello utilizado para los motores de carcasas 63 a 200L es el V’ring.

Para las carcasas 225S/M a 355A/B el sello utilizado en el eje es el exclusivo WSeal® WSeal®, que es compuesto por un anillo V’Ring de doble labio y una protección metálica armada sobre este anillo (ver figura 5).

5 Esta configuración es similar a un laberinto haciendo con que el polvo y el agua presentes en el ambiente no logren acceder a la parte e interna del cojinete.

Figura 5. Sellos y Retenedores Opcionalmente los motores W22 pueden ser suministrados con otros sellos, por ejemplo: retenes con resorte, laberinto taconite o retenedores y el exclusivo sello W3 Seal® entre otros.

Cuando o equipado con brida, el sello estándar es un retén sin resorte (sin contacto con líquidos) y retén con resorte (en contacto con líquidos).

1.2.4. EJE

Figura 6. Eje

Figura 7. Cuña

El Eje (Figura 6) construido onstruido en acero con un alto contenido de carbo carbono, en uno de sus extremos se encuentra rasurado para colocar la cuña que fija la polea (Véase figura 7).

Permite el aprovechamiento de la energía mecánica transformada por el motor.

En su versión estándar, el eje de los motores es fabricado en acero AISI 1040/45 para el rango de carcasas desde 63 a 315S/M y en acero AISI 4140 en las carcasas 315L, 355M/L y 355A/B. Cuando es suministrado con rodamiento de rodillos (opcional para carcasa 160 y arriba), el material del eje será obligatoriamente el acero AISI 4140. Por tener el eje en acero AISI 4140 los motores de las carcasas 315L, 355M/L y 355A/B pueden recibir rodamientos de rodillos dejándolos aptos para la operación con carga radial más elevada, como por ejemplo, con polea y correa.

Los motores pueden ser er suministrados con una segunda punta de eje. eje Opcionalmente pueden ser suministrados con eje en acero inoxidable (AISI 316 y AISI 420) para ambientes extremamente corrosivos.

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1.2.5. CARCAZA Constituye el soporte del núcleo magnético del estator, se construye en hierro fundido o acero laminado.

La carcasa (figura 8) es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricación depende del tipo de motor, de su diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa puede ser: Figura 8. Carcaza

a) Totalmente cerrada b) Abierta c) A prueba de goteo d) A prueba de explosiones e) De tipo sumergible

Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla, y en general todos los motores eléctricos, se pueden clasificar también de acuerdo con el ambiente en que funcionan, sí también como en los métodos de enfriamiento.

Existe una clasificación de los motores por el tipo de carcaza, La NEMA reconoce los siguientes: 1. Carcaza a prueba de agua. Envolvente totalmente cerrada para impedir que entre agua aplicada en forma de un chorro o manguera, al recipiente de aceite y con medios de drenar agua al interior. El medio para esto último puede ser una válvula de retención o un agujero machuelado en la parte más inferior del armazón, para conectar un tipo de drenado.

2. Carcaza a prueba de ignición de polvos. Envolvente totalmente cerrada diseñada y fabricada para evitar que entren cantidades de polvo que puedan encender o afectar desempeño o capacidad.

3. Carcaza a prueba de explosión. Envolvente totalmente cerrada diseñada y construida para resistir una explosión de un determinado gas o vapor que pueda estar dentro de un motor, y también para evitar la ignición de determinado gas o vapor que lo rodee, debido a chispas o llamaradas en su interior.

4. Carcaza totalmente cerrada, envolvente que evita el intercambio de aire entre el interior y el exterior de ella pero que no es lo suficiente mente cerrada para poderla considerar hermética al aire.

5. Carcaza protegida al temporal. Envolvente abierta cuyos conductos de ventilación están diseñados para reducir al mínimo la entrada de lluvia o nieve y partículas suspendidas en el aire, y el acceso de estas en las partes eléctricas.

6. Carcaza protegida. Envolvente abierta en la cual todas las aberturas conducen directamente a partes vivas o giratorias, exceptuando los ejes lisos del motor, tienen tamaño limitado mediante el diseño de partes estructurales o parrillas coladeras o metal desplegado etc. Par< evitar el contacto accidental con las parte vivas.

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7. Carcaza a prueba de salpicaduras, salpicaduras, Envolvente abierta en la que las aberturas de ventilación están fabricadas de tal modo que si caen partículas de sólidos o gotas de líquidos a cualquier ángulo no mayor de 100º con la vertical no puedan entrar en forma directa o por choqu choque e de flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro.

8. Carcaza a prueba de goteo, envolvente abierta en que las aberturas de ventilación se construye de tal modo que si caen partículas sólidas o gotas de líquido a cualquier ángulo no mayor de 15º con la vertical no pueda entrar ya sea en forma directa o por choque y flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro.

9. Carcaza abierta, envolvente que tiene agujeros de ventilación que permiten el flujo de aire externo de enfriamiento sobre y alrededor de los devanados de la máquina.

El costo y el tamaño de los motores totalmente cerrados es mayor que el de los motores abiertos, de la misma potencia y ciclo de trabajo y elevación sobre la temperatura ambiente.

1.2.6. PIES DE FIJACIÓN

Forma parte integral de la carcaza y están situados en un plano para que el motor descanse bien asentado sobre su base. Dependiendo de su fijación, algunos motores no lo traen.

La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operac operación del motor, puede ser de dos tipos: a) Base frontal b) Base lateral Figura 9. Pies de fijación 1.2.7. ESTATOR El estator: Es la parte fija del motor. Esta constituido por un núcleo y un arrollamiento o devanado.

Una carcasa de acero o aleación ligera rodea una corona de chapas delgadas (del orden de 0,5 mm de grosor) de acero al silicio. Las chapas están aisladas entre sí por oxidación o mediante barnices aislantes. El laminado del circ circuito uito magnético reduce las pérdidas por histéresis y por corrientes de Foucault.

El arrollamiento del estator lo forma un conjunto de bobinas barnizadas, Confeccionadas en alambre de cobre esmaltado y alojadas en las ranuras del núcleo del estator.

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Figura 10. Partes de un estator y Estator bobinado Las chapas hapas tienen unas ranuras en las que se colocan los arrollamientos estatóricos y cuando están recorridas por una corriente eléctrica originan un campo magnético destinado a producir el campo giratorio (tres arrollamientos en caso de un motor trifásico).

Cada arrollamiento está constituido por varias bobinas. La forma de conexión de estas bobinas entre sí determina el número de pares de polos del motor, y por tanto, su velocidad de rotación.

El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos de estatores: El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al silicio (y se les llama “paquete”, paquete”, ver figura 11), que tienen la habilidad de permitir que pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos.

Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).

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Figura 11. Conjunto de laminas que forman el estato estator, Ampliando esta simple descripción, diremos que la máquina de inducción esta constituida por: - Una corona estatórica de chapas magnéticas generalmente de 0,5 mm de espesor, aisladas entre si por barnices, ranuradas y convenientemente prensadas y sujetas a una carcasa de fundición de hierro, o a un marco de acero soldado.

- Un devanado ado polifásico distribuido, alojado en el ranurado del paquete estatórico de uno cualquiera de los tipos que se vieron anteriormente.

- Una corona rotórica, de chapas magnéticas apiladas directamente sobre el eje en las máquinas pequeñas, sujeta al eje de acero, en las máquinas de potencias medias y grandes, ranuradas exteriormente, mente, o cerca de la periferia.

- Un devanado polifásico dispuesto en las ranuras del rotor.

Este devanado polifásico puede ser similar al del estator, pero normalmente de doble capa,, cuyos terminales van conectados a unos anillos colectores de bronce o latón, aislados del eje, en máquinas de rotor bobinado y anillos rozantes, o bien unas simples barras desnudas de cobre, latón, bronce o de aluminio unidas por sus extremidades a unos anillos del mismo metal que las ponen en cortocircuito. La unión de las barras con los anillos se realiza por presión y soldadura, si son de cobre, latón o broce, pero si se trata de barras de aluminio, estas juntamente con los anillos frontales de cortoci cortocircuito y en algunos casos unas aletas supletorias para la ventilación de la máquina, se funden Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

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directamente sobre el paquete rotórico formando una unidad. La fundición se realiza a presión inyectando el aluminio líquido en el molde que contiene al rotor.

El entrehierro o separación de aire entre las coronas magnéticas estatórica y rotórica, es en estas máquinas, lo más reducido posible, de unas pocas décimas de milímetro, en los motores pequeños a 1 mm o algo mas en los de mayores dimensiones, o sea el valor val más justo posible para no tener un roce mecánico entre ambas partes. Las ranuras del estator tienen formas diversas según el tamaño y tensión nominal de la máquina según la siguiente figura 12.

Figura 12. Ranuras del estator.

Ordinariamente son dell tipo semicerrado para reducir la longitud efectiva del entrehierro, lo que implica una menor reluctancia, empleándose las del tipo abierto, de sección rectangular solo en las máquinas de alta tensión. Las bobinas que constituyen el devanado se ejecutan a parte, sobre moldes apropiados, introduciéndose hilo a hilo en las ranuras semiabiertas, previamente recubiertas de un aislamiento estratificado, a través de la abertura de la ranura, cuya anchura, como es lógico, deberá ser ligeramente superior al diámetro ro del hilo aislado de que forma la bobina. En cambio las ranuras abiertas permiten la introducción cómoda de la bobina completamente conformada y aislada antes de su colocación.

Las ranuras del rotor presentan formas aun más diversas a tenor del distinto tipo de devanado que se adopte según la figura 13 y 14.

Figura 13. Ranuras rotor.

En los motores de rotor bobinado, las extremidades del devanado, sea cual fuere la conexión de fases, normalmente en estrella, se conectan anillos colectores calados Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

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rígidamente idamente sobre el eje, aislados de este entre sí,, sobre los cuales se apoyan unas escobillas de grafito, o metalográficas, y mediante ellas podemos conectar es serie con cada fase una resistencia adicional regulable, como es práctica usual en el arranque d de estas máquinas cuando funcionan como motores, para incrementar el par y limitar la corriente de conexión, según se verá más adelante. Al final del proceso de arranque, estas resistencias se reducen a cero y para suprimir el roce de las escobillas sobre los l aros conectores, evitando el consiguiente desgaste de estas piezas y las pérdidas por efecto Joule debidas a la caída de tensión que ofrece el contacto escobilla escobilla-anillo colector, es normal disponer en el motor un dispositivo mecánico que mediante el simple sim accionamiento de una pequeña palanca o un volante, pone directamente en cortocircuito los aros colectores y levanta ta seguidamente las escobillas.

El rotor de jaula de ardilla, en los motores de pequeña y media potencia, se obtiene inyectando a presión directamente el aluminio fundido sobre la corona rotórica. El número de ranuras del estator y rotor debe ser distinto, al objeto que la variación de la reluctancia del circuito magnético al girar la máquina por causa de los dientes, sea lo mas reducida posible. ible. La coincidencia del número de ranuras podría incluso impedir el arranque de la máquina funcionando como motor, si los dientes se encontrasen enfrentados, la reluctancia sería mínima, fenómeno llamado cosido magnético.

La máquina de inducción es asim asimilable ilable a un transformador con el primario como estator y como secundario el rotor, aunque también puede ser al revés, transformador en el cual la energía eléctrica absorbida de la red de alimentación por el primario es cedida eléctricamente al rotor, y gran gran parte de esta energía es convertida en energía mecánica.

Si bien la utilización más amplia de inducción es la de motor y como tal el de mayor empleo y el más simple y robusto de todos los motores conocidos, puede también funcionar como generador or y convertidor conver de frecuencia.

El número de fases del devanado rotórico no es preciso que sea igual al del estator, pero si es condición indispensable el que ambos devanados tengan el mismo número de polos, para que la interacción de sus f.m.m. sea correcta. El rotor rot de jaula de ardilla presenta la particularidad de que el número de polos rotóricos se iguala espontáneamente al del devanado estatórico, cualquiera que sea el número de polos de este, y consiguientemente si el número total de barras, igual al de ranuras es N2’, puede ser asimilado a un devanado de N2’/2p fases.

Figura 14. Ejemplo de diferentes secciones de ranuras en los rotores de la jaula de ardilla Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

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1.2.8. ROTOR

Figura 15. Tipos de rotores El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos ver figura 15: a) Rotor de polos salientes b) Rotor ranurado c) Rotor jaula de ardilla

Figura 16. Ranuras sobre el núcleo laminado.

El rotor (Figura 16)) también está compuesto por un núcleo laminado con ranuras. En estas ranuras se introducen unas barras conductoras de aluminio o cobre, o se inyectan unas barras de aluminio moldeadas a presión, que están conectadas entre sí mediante anillos de cortocircuito en los lados frontales. Las barras y los anillos de cortocircuito forman una jaula y constituyen el devanado o bobinado del rotor. La disposición inclinada de la barras consigue un funcionamiento uniforme.

Con frecuencia los anillos de cortocircuito se combinan con las paletas del ventilador para refrigerar el motor. El eje motor o de transmisión está dispuesto en el centro del rotor.

Figura 17. Barras en el rotor.

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Con distintas superficies útiles de las ranuras del rotor y sus correspondientes barras (véase la Figura 17)) se puede influir en el par de arranque y en la intensidad del arranque, es decir, sobre las propiedades de aceleración.

El rotor de barras as redondas (a) tiene un par de arranque reducido pero, a velocidad nominal, tiene un par superior a otras formas de barra.

La barra en forma de gota (b) se prefiere en los motores hasta 1 kW. Posee un par de arranque mediano y una intensidad de arranque relativamente relativamente baja.

La barra o jaula profunda (c) se utiliza para motores a partir de 50 kW, puesto que posee unas buenas propiedades de arranque a plena carga.

La doble jaula (d) produce un par de arranque alto y una relación muy conveniente entre la intensidad sidad del arranque y la corriente nominal.

Rotor completo

Figura 18. Rotor completo Construido de chapas laminadas de hierro en cuyas ranuras alojan el devanado secundario que tiene forma de jaula (Figura 18) y se fabrican de aluminio o de cobre.

Integrado grado a las coronas de la jaula, se encuentran las aletas que permiten la ventilación del motor.

Cada forma de la sección de los barras de las jaulas da como resultado una conducción diferente de corriente.

ROTOR DE JAULA RESISTENTE El rotor resistente suele uele ser de jaula simple (ver más adelante la definición de motor de jaula simple). La jaula está cerrada por dos anillos resistentes (aleación especial, poca sección, anillos de acero inoxidable). Estos motores, a par nominal, tienen un gran deslizamiento.. Su par de arranque es elevado, y la corriente de arranque baja (figura 19). El rendimiento es bajo debido a las pérdidas en el rotor.

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Figura 19. Curvas par – velocidad de cada uno de los tipos de rotor de jaula.

Estos motores se utilizan principalme principalmente nte en aplicaciones en las que es conveniente que exista deslizamiento para variar la velocidad en función del par, por ejemplo: • en el caso de varios motores unidos mecánicamente entre los que debe quedar repartida la carga, como por ejemplo, los trenes d de e rodillos de una laminadora, o el arrastre de una grúa puente.

• la función de enrollar-desenrollar enrollar desenrollar con motores (motores asincrónicos motomoto ventilados con un gran deslizamiento se utilizan para variación de velocidad; su corriente de jaula es casi su corriente corriente nominal y su característica de par velocidad, es muy ancha. Con una alimentación variable se puede adaptar esta característica y ajustar el par motor en función de la tracción deseada) • necesidad de un gran par de arranque con una corriente de llamada limitada l (polipastos o cintas transportadoras).

Puede variarse su velocidad cambiando la tensión, pero los convertidores de frecuencia van haciendo desaparecer esta aplicación. Aunque todos los motores son autoventilados, ciertos motores con rotor de caja resistente son moto-ventilados moto (motorización separada de su ventilador).

ROTOR DE JAULA SIMPLE En los huecos o muescas dispuestas a lo largo del rotor (en la periferia del cilindro constituido por la pila de láminas) se colocan conductores conectados en cada c extremo a una corona metálica; estos conductores desarrollan el par motor generado por el campo giratorio.

Para que el par sea homogéneo, los conductores están ligeramente inclinados respecto al eje del motor. El conjunto tiene el aspecto de una jaula de ardilla, de ahí el nombre de este tipo de rotor.

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Generalmente, la jaula de ardilla está completamente moldeada (únicamente se fabrican estas jaulas insertando los conductores en las ranuras en el caso de motores muy grandes). El aluminio se inyecta a presión, y las aletas de refrigeración, colocadas en la misma operación, aseguran el cortocircuito de los conductores del rotor.

Estos motores tienen un par de arranque relativamente bajo y la corriente de arranque es muy superior a la nominal. Por el contrario, tienen un deslizamiento muy pequeño a par nominal.

Se utilizan principalmente para grandes potencias para mejorar el rendimiento de las instalaciones con bombas y ventiladores. Se asocian también a los convertidores de frecuencia de velocidad variable, con lo que los problemas de par y de corriente de arranque quedan completamente resueltos.

ROTOR DE JAULA DOBLE Consta de dos jaulas concéntricas, una exterior, de poca sección y gran resistencia y otra interior de mayor sección y menor resistencia. Al empezar el arranque, las corrientes rotóricas son de frecuencia elevada, y, por el efecto pelicular que se produce, la totalidad de la corriente rotórica circula por la periferia del rotor y por tanto por una sección reducida de conductores. Así, al principio del arranque, siendo todavía las corrientes de frecuencia elevada, la corriente no circula más que por la caja exterior. El par producido por la jaula exterior resistente es importante y con baja corriente de llamada. Al final del arranque, la frecuencia en el rotor disminuye y resulta más fácil la circulación del flujo por la jaula interior. El motor se comporta entonces aparentemente como si hubiera sido construido como una única jaula de baja resistencia.

En régimen permanente, la velocidad es solamente un poco menor que la de un motor de jaula simple.

ROTOR DE RANURAS PROFUNDAS Es la versión estándar. Los conductores rotóricos se moldean en las ranuras del rotor, que tienen forma trapezoidal, con el lado menor del trapecio situado hacia el exterior del rotor.

El funcionamiento es similar al de un motor de doble jaula: la intensidad de corriente rotórica varía en función inversa de su frecuencia. Así: al principio del arranque, el par es mayor y la corriente menor. En régimen permanente, la velocidad es sensiblemente igual a la de un motor de jaula simple.

ROTOR BOBINADO En las ranuras practicadas en la periferia del rotor se colocan unos bobinados idénticos a los del estator (Figura 20). Generalmente el rotor es trifásico.

Un extremo de cada uno de los arrollamientos se conecta a un punto común (conexión estrella). Los extremos libres pueden conectarse o a un conector centrífugo o a tres anillos Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

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de cobre, aislados y que giran solidarios con el rotor. Sobre estos anillos frotan unas escobillas,, a base de grafito, conectadas al dispositivo de arranque. En función del valor de las resistencias insertadas en el circuito rotórico, rotóric , este tipo de motor puede desarrollar un par de arranque que llega hasta 2,5 veces el par nominal. La corriente de arranque arran es sensiblemente proporcional al par desarrollado en el eje del motor. Esta solución deja paso progresivamente a los sistemas electrónicos asociados a motores de jaula estándar.

En efecto, estos últimos permiten resolver los problemas de mantenimient mantenimiento (sustitución de las escobillas de alimentación del rotor gastadas, y mantenimiento de las resistencias de arranque), reducir la energía disipada en las resistencias y mejorar de manera importante el rendimiento de la instalación. das en la periferia del rotor se colocan unos bobinados idénticos En las ranuras practicadas a los del estator (Figura 20). Generalmente el rotor es trifásico.

Figura 20. Rotor bobinado con n anillos rozantes.

Un extremo de cada uno de los arrollamientos se conecta a un punto común comú (conexión estrella). Los extremos libres pueden conectarse o a un conector centrífugo o a tres anillos de cobre, aislados y que giran solidarios con el rotor. Sobre estos anillos frotan unas escobillas, a base de grafito, conectadas al dispositivo de arranque. anque. En función del valor de las resistencias insertadas en el circuito rotórico, rotóric , este tipo de motor puede desarrollar un par de arranque que llega hasta 2,5 veces el par nominal. La corriente de arranque es sensiblemente proporcional al par desarrollado en el eje del motor. Esta solución deja paso progresivamente a los sistemas electrónicos asociados a motores de jaula estándar.

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En efecto, estos últimos permiten resolver los problemas de mantenimiento (sustitución de las escobillas de alimentación del rotor gastadas, y mantenimiento de las resistencias de arranque), reducir la energía disipada en las resistencias y mejorar de manera importante el rendimiento de la instalación.

ROTORES ESPECIALES Cuando la carga accionada requiere un valor de par elevado elevado en el arranque, es posible que un motor convencional con jaula de ardilla simple no baste para satisfacer este requisito.

Si la resistencia del rotor con jaula simple se eleva, aumentará el par motor pero a su vez significaría un aumenta el deslizamiento, deslizamiento, causa perdidas mayores en el cobre y provocará calentamientos mayores.

La solución al aumento de par sin consecuencias indeseadas se encuentra utilizando un rotor con doble jaula de ardilla. De tal manera el rotor tiene dos jaulas, una cercana a la periferia iferia y otra más profunda. La jaula periférica tiene Resistencia elevada y la interior se diseña con valores bajos de resistencia.

Para lograr una alta resistencia en la jaula periférica del rotor, se utilizan materiales tales como latón. La jaula interna a tiene una alta reactancia en el arranque debido a su profundidad, mientras que la externa tiene una alta resistencia y una reactancia baja como un rotor ordinario de la jaula de ardilla (Figura 21).

21) Durante arranque la jaula interna tiene una impedancia muy alta y así, la porción más grande de la corriente pasa a través de la jaula externa solamente. Debido a alta resistencia y la alta pérdida en el circuito, el motor desarrolla un alto esfuerzo de torsión en el arranque.

Figura 21. Representación gra grafica fica de las resistencia y reactancias de un rotor de doble jaula.

Cuando el rotor alcanza la velocidad normal, los reactancias de ambas las jaulas son casi insignificantes debido al bajo valor del deslizamiento y a que las corrientes rotóricas son conducidas das por ambas jaulas en paralelo provocando un valor bajo de la resistencia efectiva del rotor.

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En estos motores, la curva del par en función de la velocidad (Figura 22) puede establecerse como característica constructiva de acuerdo a la exigencia del ar arranque eligiendo las resistencias de las dos jaulas, la anchura de la abertura de la ranura y la profundidad de la jaula interna. Para dibujar la curva del par-velocidad, par velocidad, teóricamente se consideran las dos jaulas que desarrollan dos pares por separado. El par motor resultante será la adición de estos dos.

Figura 22. curva del par en función de la velocidad El par motor entregado es normalmente menor que el par de arranque y la eficacia energética es menor respecto de los motores de jaula simple debido a la alta reactancia que se genera en el arranque y de las pérdidas comparativamente más altas. El deslizamiento será mayor en los rotores de doble jaula que en los de simple jaula debido a la resistencia rotórica más elevada de los primeros (Figura 23).

Figura 23.

Durante el arranque y puesto que por la jaula periférica circula una gran corriente el motor se calienta rápidamente en cada ciclo de arranque, circunstancia que habrá de Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

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tenerse en cuenta para determinar el tipo de motor a utilizar según se sean los requerimientos del servicio. Para superar este tipo de inconvenientes se diseñan para usos especiales los rotores en jaula profunda utilizando materiales como latón y selenio para aumentar la resistencia en el arranque y por lo tanto el par de arranque arran aumentando a su vez el límite térmico admisible en aplicaciones específicas de arranques duros.

1.2.9. VENTILADOR

Figura 24. Ventilador Dispositivo que absorbe el aire del ambiente y lo hace circular por las ranuras de ventilación de la carcasa.

Facilita el intercambio de temperatura, entre el aire interior del motor y el aire del medio ambiente, permitiendo así la refrigeración de la maquina. Se fabrican algunos de material de aluminio y otros de plástico.

1.2.10. CAPERUZA

Figura 25. Caperuza Protege al ventilador de cualquier impacto cuando está en movimiento, ayuda a centralizar el aire absorbido y evita el contacto con operadores o personas que circulen circule en los alrededores del equipo, Impidiendo el contacto directo de las personas con partes p en movimiento de la máquina evitando accidentes, fabricada en lámina de acero.

1.2.11. REGLETA DE BORNES

Figura 26. Regleta de bornes Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

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Los extremos del devanado del motor se conectan a sus correspondientes terminales, lo cual permite la alimentación ntación de estos motores de la red.

1.2.12. CAJA DE BORNES Por lo general, en la mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.

Figura 27. Caja de bornes Los fabricantes europeos tienen por norma no ma utilizar cajas de bornes en donde los terminales de los bobinados conectados a pernos es están tán montados en forma permanente y fácil de identificar, con letras marcadas en el tablero aislante de soporte. Además ubican estos de modo que mediante puentes cortos se puedan conectar las bobinas en cualquier conexión de acuerdo al tipo de motor (Figura 27). Los fabricantes americanos en cambio, tienen por norma prolongar los terminales de las bobinas hasta la caja de bornes, utilizando tubo espagueti, independientes, flexibles y aislados, convenientemente identificados.

Dispone de un borne, debidamente marcado, para las conexiones a tierra ver figura 28.

Sirve para proteger a la regleta de bornes, lo mismo que para los contactos eléctricos involuntarios accidentales de las personas.

Figura 28. Terminales de puesta a tierra en la caja de conexiones Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

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1.2.13. TAPA DE CAJA DE BORNES

Figura29.. Tapa de caja de bornes Protege a las personas contra los contactos involuntarios accidentales.

En algunos casos se encuentra en ella el diagrama de conexiones del motor.

1.2.14. CÁNCAMOS DE IZAJE Los cáncamos de izaje están disponibles a partir de la carcasa 100L. La configuración de los cáncamos puede ser observada en la tabla 1: 1 Tabla 1. Cáncamos de izaje Número de Descripción cáncamos de izaje 1 Carcasas 100L a 200L - Motores con patas y con caja de conexiones armada lateralmente 2 Carcasas 100L a 200L - Motores con patas y con caja de conexiones armada en el tope 2 Carcasas 100L a 200L – Motores sin patas y con brida C o FF 2 Carcasas 225S/M a 355A/B – Motores con patas y con caja de conexiones armada lateralmente lateralmente o en el tope. Estos motores poseen cuatro agujeros roscados en la parte superior de la carcasa para la fijación de los cáncamos de izaje (solamente para motores con la caja de conexiones desplazada hacia la parte frontal de la carcasa, figura 5) 2 Carcasas 225S/M a 355A/B – Motores sin patas y con brida C o FF. Estos motores poseen cuatro agujeros roscados en la parte superior de la carcasa para fijación de los cáncamos y otros dos agujeros roscados en la parte inferior de la carcasa (solamente para par motores con la caja de conexiones desplazada hacia la parte frontal de la carcasa) 1.2.15. PUNTOS PARA MEDICIÓN DE VIBRACIONES Con el objetivo de facilitar actividades de mantenimiento, específicamente en la medición de vibraciones, motores de las carcasas carcasas 160 a 355 recibieron áreas planas en sus extremidades visando proveer sitios específicos para el posicionamiento de acelerómetros. Estas áreas están disponibles tanto en la dirección vertical como en la horizontal. Además de estas áreas en la región de de la carcasa, la línea W22 también cuenta con superficies planas en la región de las tapas, facilitando el posicionamiento del acelerómetro.

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Figura 30. Áreas planas para verificación de vibraciones en la parte delantera y trasera de la carcasa 1.2.16. DRENOS Las tapas tienen agujeros para el drenaje del agua que puede ser condensado adentro de la carcasa. Estos agujeros son proveídos con drenos de goma, de acuerdo con la figura 17 para carcasas de tamaño 160 a 355. Los motores salen de fabrica con drenos en la posición cerrado y deben ser abiertos periódicamente para permitir la salida del agua condensado. En el rango de carcasas 63 hasta 132, los drenos son automáticos y hechos de plástico.

Figura 31. Detalle del dreno en la tapa delantera (160-355) 1.2.17. PROTECCIONES BASADAS EN LA TEMPERATURA DE OPERACIÓN Los motores utilizados en régimen continuo deben ser protegidos contra sobrecargas por un dispositivo puesta en la cabeza de bobina del motor, por un dispositivo de protección independiente, generalmente un relé térmico de corriente nominal o de ajuste. El valor ajustable es obtenido multiplicándose a la corriente nominal de operación (In), según la tabla 2.

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Factor de Ajuste de corriente del Relè Servicio 1,0 hasta 1,15 In x F.S. ≥ 1,15 (In x F.S.) – 5% Tabla 2. Ajuste de la corriente del relé en relación al factor de servicio PT-100 Figura 32 - PT-100 Son sensores de temperatura con principio de operación basado en la propiedad que algunos materiales presentan de variar la resistencia eléctrica con la variación de temperatura (generalmente platina, níquel o cobre). Poseen resistencia calibrada que varía de manera lineal según la temperatura, posibilitando un monitoreo continuo del proceso de calentamiento del motor por la pantalla del controlador, con alto grado de precisión y sensibilidad de respuesta. Un mismo sensor puede servir para alarma (operación arriba de la temperatura normal de trabajo) y desconexión (generalmente ajustado para la máxima temperatura de la clase de aislamiento).

Termistor (PTC) Figura 33 – Termistor (PTC) Son protectores térmicos compuestos por sensores semiconductores que varían su resistencia bruscamente al atingir una determinada temperatura.

El tipo PTC es un termistor cuya resistencia aumenta bruscamente para un valor bien definido de temperatura.

Esta variación brusca en la resistencia interrumpe la corriente en el PTC, accionando un relé de salida, lo cual desconecta el circuito principal.

Los termistores poseen tamaños reducidos, no sufren desgastes mecánicos y tienen una respuesta más rápida en relación a los otros protectores, pero no permiten un acompañamiento continuo del proceso de calentamiento del motor. Los termistores con sus respectivos circuitos electrónicos de control ofrecen protección completa contra sobrecalentamiento producido por falta de fase, sobrecarga, sub o sobretensión o frecuentes operaciones de reversión.

Los termistores pueden ser utilizados para alarma y desconexión. En este caso, son necesarios dos conjuntores de termistores, cada uno conectado en serie, totalizando dos termistores por fase.

Existe algunos modelos para la Automatización que cuenta con un producto llamado RPW que es un relé electrónico con la función específica de leer la señal del PTC y actuar su relé de salida.

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PROTECTORES TÉRMICOS DEL TIPO BIMETÁLICO Son protectores térmicos con contactos de plata, normalmente cerrados, que se abren cuando ocurre determinada elevación de temperatura. Cuando la temperatura de actuación del bimetálico baja, este vuelve a su forma original instantáneamente, permitiendo el cierre de los contactos nuevamente.

Los protectores térmicos del tipo bimetálico son instalados en serie con la bobina del contactor, pudiendo ser utilizados como alarma y desconexión.

Hay todavía otros tipos de protectores térmicos, tales como PT-1000, KTY y termopares.

1.2.18. PROTECCIONES BASADAS EN LA CORRIENTE DE OPERACIÓN Sobrecargas generalmente son procesos que hacen con que la temperatura se eleve gradualmente. Para este tipo de evento los protectores PT-100 y PTC son adecuados.

Pero, la única manera para proteger el motor contra corrientes de cortocircuito es por la utilización de fusibles. Este tipo de protección es directamente dependiente de la corriente es mucho eficaz el caso de rotor trabado.

1.2.19. RESISTENCIA DE CALEFACCIÓN La utilización de resistencias de calefacción es recomendada en dos situaciones: • Motores instalados en ambientes con humedad relativa del aire hasta 95%, en situaciones en que el motor pueda permanecer inactivo por periodos superiores a 24 horas; • Motores instalados en ambientes con humedad relativa del aire superior a 95%, independientemente de su cronograma de operación. Se debe destacar que en esta situación es fuertemente recomendado que una pintura epoxi conocida como pintura tropicalizada sea aplicada a los componentes internos del motor.

La tensión de alimentación de la resistencia de calefacción debe ser definida por el cliente. Para todos tamaños de carcasa, los motores W22 pueden ser proveídos con resistencias de calefacción adecuadas a 110-127 V, 220-240 V y 380-480 V. Como una opción, resistencias de calefacción de doble tensión de 110-127 / 220-240 V puede ser suministradas para motores de tamaño de carcasa 112M a 355A/B. La potencia y el número de resistencias de calefacción instaladas depende del tamaño del motor según lo indicado en la tabla 3: Carcasa

Potencia (W) 63 a 80 1 7,5 90 y 110 1 11 112 2 11 132 y 160 2 15 180 y 200 2 19 225 y 250 2 28 280 y 315 2 70 355 2 87 Tabla 3. Potencia y cantidad de resistencia de calefacción Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

Cantidad

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Figura 34: Dos cajas de conexiones de accesorios armadas junto de la caja principal 1.2.18. PINTURA Los motores llevan dos capas de pintura. Una capa anticorrosiva, que ofrece protección en caso de humedad o de instalación a la intemperie o en locales en los que haya que contar con gases y vapores químicamente agresivos y otra de acabado color gris.

1.2.19. PLACA DE IDENTIFICACIÓN

La placa de identificación provee informaciones que determinan la construcción del motor y características de desempeño.

1 – Código del motor 2 – Número de fases 3 – Tensión nominal de operación 4 – Régimen de servicio 5 – Eficiencia 6 – Tamaño de carcasa 7 – Grado de protección 8 – Clase de aislamiento 9 – Sobrelevación de temperatura del motor 10 – Frecuencia 11 – Potencia nominal del motor 12 – Velocidad nominal del motor en RPM Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

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13 – Corriente nominal de operación 14 – Factor de potencia 15 – Temperatura ambiente máxima 16 – Factor de servicio 17 – Altitud ambiente máxima 18 – Peso del motor 19 – Especificación del rodamiento delantero 20 – Especificación del rodamiento trasero 21 – Tipo de grasa de los rodamientos 22 – Diagrama de conexión 23 – Intervalo de lubricación en horas 24 – Certificaciones 25 – Fecha de fabricación 26 – Categoría de par 27 – Número serial 28 – Cantidad de grasa en el rodamiento delantero 29 – Cantidad de grasa en el rodamiento trasero

Figura 20 - Layout de la placa de identificación para carcasas 63 a 132 1.3. OTROS DISEÑOS DE MOTORES TRIFASICOS JAULA DE ARDILLA 1.3.1. Refrigeración de los motores eléctricos.

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Figura 16. Refrigeración de un motor abierto con dos ventiladores interiores.

Figura 17. Refrigeración de un motor acorazado con ventiladores interiores y uno exterior.

Todos los motores eléctricos, os, sean abiertos o acorazados, van dotados de refrigeración por aire mediante un Sistema de ventiladores. En el primer caso llevan dos ventiladores interiores, y en el segundo van equipados además de un ventilador exterior, protegido por una coraza que permite rmite lanzar una corriente de aire sobre las aletas de refrigeración externas.

1 .3.2. Motores trifásicos de doble Jaula de ardilla

Figura 18. Inducido de jaula de ardilla.

Figura 19. Rotor de doble jaula de ardilla.

El motor de jaula aula de ardilla sencilla tiene poco par de arranque y se mejora esta condición cuando el inducido es de doble jaula o de doble ranura.

Figura 22: Ranuras rotóricas de los motores de doble jaula (a) y de ranura profunda (b, c y d) Instructor: Ricardo Mariscal Chuscano

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Figura 21 - Layout de e la placa de identificación para carcasas 160 a 355 1 .4. EJERCICIO PRÁCTICO 1.4.1. En la Siguiente columna aparecen los nombres de las partes del motor trifásico Jaula de ardilla, deberá colocar el número correspondiente a cada uno de ellos en el espacio cio indicado, referido a la figura y en el parentesis colocar el nombre en ingles.

__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __

Figura 20. Motor trifásico de Jaula de ardilla Carcaza (_________________) Rotor jaula de ardilla (________________) __) Arrollamiento del estator (_______________ _____) Eje (_______________) Cáncamo (_____________________) Escudos o tapas (_______________) Núcleo del estator (_______________) Ventilador (_______________) Caja de bornes (_______________) Ventilador (__________) Rodamiento odamiento (__________) Rodamiento odamiento (__________)

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1.4.2. Solicite a su Instructor un m motor otor trifásico Jaula de ardilla ardilla, realice un dibujo de sus partes con su respectivo nombre y una palabra o palabras que describa su función de cada una de ellas.

BIBLIOGRAFIA [1] Chapman, S. (2000). Máquinas eléctricas. México D.F.: McGraw-Hill.

McGraw [2] Energy Management Guide For Selection and Use of Fixed Frequency Medium AC Squirrel-Cage Cage Polyphase Induction Motors, NEMA Standards Publication MG 10 10-2001 (R2007).

[3] Frailes, J. (2008). Máquinas Eléctricas. España: Mc Graw Hill.

[4] GE Industrial Systems.. AC Motor Selection and. Application Guide Guide.

[5] Gómez, L. y Guerrero, O. (2008). Estudio de Fallas de Motores Trifásicos de Inducción. Instituto Tecnológico de Costa Rica, Cartago, Costa Rica.

[6]] Information Guide for General Purpose Industrial AC Small and Medium SquirrelSquirrel Cage Induction Motor Standards, NEMA Standards MG 1 1-2007.

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[7] Parra, D. y Ocampo, G. (2005). Estudio del comportamiento de motores de inducción ante fallas estatórica,, Tesis d de grado Universidad de Antioquia. Medellín, Colombia.

[8] http://mariscalchuscano-principiomaquinaelec.blogspot.com/ principiomaquinaelec.blogspot.com/

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