CURSO : MANTENIMIENTO Y PRUEBAS DE MOTORES ELECTRICOS CONTENIDO

1.- Teora de Funcionamiento. 2.- Construccin. 3.- Especificaciones. 4.- Operacin. 5.- Protecciones Elctricas. 6.- Mantenimiento. 7.- Pruebas Necesarias a los Motores. 8.- Anlisis de Fallas.

CURSO : MANTENIMIENTO Y PRUEBAS DE MOTORES ELECTRICOSTEMAS: INTRODUCCION. TEORIA DE FUNCIONAMIENTO.

INTRODUCCIONObjetivo del curso: Proporcionar al participante mediante la exposicin terica-practica ,los conocimientos necesarios para la comprension del funcionamiento, construccin, especificaciones y operacin,y as llevar a cabo el mantenimiento preventivo y correctivo de motores de induccin electromagnticos de 1 h.p. y mayores.Objetivo del Captulo 1.

Que el participante comprenda y explique, a partir de principios fundamentales del Electromagnetismo, el campo magntico rotatorio creado por corrientes primarias en el estator y secundarias en el rotor, exclusiva y nicamente por induccin electromagntica.

MOTOR ELECTRICO DE INDUCCION:

El motor de induccin recibe este nombre debido a que igual que el transformador opera bajo el principio de induccin electromagntica, Adems, debido a que este tipo de motores no llega a trabajar nunca a su velocidad sncrona, tambin se conoce como.

MOTORES ASINCRONOS.Ley de ohm

MOTOR ELECTRICO DE INDUCCION:

Es una mquina que transforma la energa Elctrica de entrada en sus terminales en energa Mecnica a la salida de su flecha.

La energa no se crea ni se destruye, solo se transforma.

La transformacin de energa Elctrica a Mecnica se consigue exclusivamente por induccin electromagntica , aplicando los principios fundamentales del electromagnetismo.

CLASIFICACION DE MOTORES ELECTRICOS

Figura 8. Componentes elctricos bsicos de un motor de CA

Figura 13. Construccin de un rotor del motor de induccin de la CA

Fundamentos de Magnetismo y deElectricidad

Figura 7. Visualizacin de la CA

Figura 4. Los polos de una bobina electromagntica cambian cuando la direccin del flujo actual cambia.EL ELECTROIMAN

TEORIA DE FUNCIONAMIENTO

1. Leyes fundamentales.Las leyes fundamentales necesarias para entender el principio de funcionamiento de un motor elctrico de induccin son:

Ley de la induccin de Faraday.Ley de Mallas de Kirchhoff.Ley del Circuito Magntico.Ley de biot savart (Fuerzas sobre conductores en un campo magntico).Ley de Lenz.

TEORIA DE FUNCIONAMIENTO

1.1.-Ley de la induccin de Faraday.

Esta ley establece que si un flujo magntico pasa a travs de una espira de una bobina formada por un conductor, en esta espira se induce un voltaje directamente proporcional a la variacin del flujo con respecto al tiempo.

e = - d 10-8 volts. dt

: e = - B l v 10-8 volts.Donde:

e : FEM inducida B: Densidad de flujo Magntico (Gauss). l: longitud del conductor dentro del flujo (cm.). V: Velocidad relativa entre el conductor y el flujo (cm. /seg.).

Direccin de la FEM inducida.

Para determinar la direccin de la fuerza electromotriz inducida, se considera la Regla de la Mano Derecha de Fleming:

REGLA DE LA MANO DERECHA:Existe una relacin definida entre la direccin del campo magntico, la direccin de la corriente en el conductor y la direccin en que tiende a moverse el conductor. Esta relacin se llama: La regla de la mano derecha de Fleming. Si el pulgar, el dedo ndice y el dedo medio de la mano derecha se extiende en ngulo recto entre s y si la mano se coloca de manera que el dedo ndice seale en la direccin indicada por las lneas de flujo del campo magntico, el dedo medio en la direccin de la corriente en el conductor, entonces el pulgar seala en la direccin del movimiento del conductor.

La magnitud de va FEM inducida depende de la posicin que tenga la bobina con respecto al campo magntico y va de un valor mximo a un valor mnimo

1.2.-Ley de Mallas de Kirchhoff.

La primera ley de Kirchhoff dice que en cada malla de una red, la suma de todas las FEMs aplicadas e inducidas es igual a la suma de todas las cadas de tensin resistivas .

Esto es:

(V + E) = IR

Donde:V: Tensin Aplicada.E: Tensin Inducida.IR: Cadas de Tensin Resistiva.

HACER EJERCICIOS DE MALLAS !!!!

1.3.- Ley del Circuito Magntico. (Ley de Ampere).

El campo magntico resultante de una bobina, es igual a la suma del campo magntico de cada una de las espiras que compongan dicha bobina.

Ley de Ohm para un circuito magntico.

Un circuito magntico est representado por la ecuacin:

H1 d l = NI

Donde: N: Nmero de espiras. I: Corriente del devanado. H: Intensidad del campo magntico. dl: Elemento del circuito magntico.

Fig. 1.7 Flujo magntico producido por un solenoide

1.4.- Fuerzas sobre conductores en un campo magntico (ley de biot savart).

Cuando un conductor que conduce corriente se encuentra dentro de un campo magntico, se ejerce una fuerza F resultante sobre el conductor.Dicha fuerza tiende a desplazarlo a travs de dicho campo.La direccin de esta fuerza, est definida por la regla de la mano izquierda.

Fuerza sobre un conductor que conduce corriente situado en un campo magntico.Determinacin de la direccin de la fuerza sobre un conductor que conduce corriente en un campo magntico.F

Fig. 1.11 Fuerzas sobre una bobina de una mquina elctrica

Las fuerzas en ambos lados actan como un par que tiende a girar la bobina alrededor del eje de la armadura.

Este par tiende a ser vencido por el primotor que acciona a la mquina (si se trata de un generador elctrico).

En el caso de un motor, el par motor resultante est en la misma direccin de rotacin de la flecha.

1.5.-Ley de Lenz:

Todo fenmeno elctrico se opone a la causa que lo produce.

Esta ley establece que la direccin del voltaje inducido en una bobina, es tal que si las terminales de la bobina se cortocircuitaran, se producira una corriente que a su vez originaria un flujo de sentido opuesto a la variacin del flujo original.Esto es la polaridad y direccin de una FEM inducida tienen siempre una direccin tal que se oponen a la fuerza (o cambio) que las producen.

Teora de funcionamiento.

Si imprimimos al imn un movimiento de rotacin, el disco metlico inicia un movimiento en el mismo sentido que el imn.Este dispositivo descrito es un motor elemental, donde el imn es el inductor y el disco el inducido (estator y rotor respectivamente).El inductor nunca alcanza al inducido, razn por la cual siempre existe un movimiento relativo entre ambos, de lo contrario desaparecera el par de rotacin.A la diferencia de velocidad entre el inductor y el inducido es lo que conocemos como DESLIZAMIENTO, razn por la cual estas mquinas se llaman MAQUINAS ASINCRONAS.

Cuando el disco corta las lneas de flujo magntico, se inducen corrientes parsitas en l, las cuales se encuentran dentro de un campo magntico; la direccin de las fuerzas que aparecen entre la corriente parsita del disco y el campo magntico, son tal que el disco tiende a seguir al imn.

2.1.- Campo Magntico Giratorio.

El campo magntico giratorio se crea en la prctica exclusivamente por mtodos elctricos ya que las piezas polares son estacionarias.

Analizando un arrollamiento bifsico, consideraremos que :

Las corrientes positivas entran por un grupo de fases positivo y salen por otro negativo.

Inversamente,las corrientes negativas entran por un grupo de fase negativo y salen por uno de positivo.

Ademas por el arrollamiento F circula la corriente If y por el arrollamiento F`, circula otra corriente igual If`, ambas desfasadas 900 .

Para lo anterior estudiaremos los puntos a,b,c,d,e,f,g,h,i, de la figura de corrientes senoidales.Donde veremos que el campo magntico resultante es giratorio (fuerza magnetomotriz),producindose una revolucin completa del campo por cada periodo de corriente que se efectu.

Deslizamiento.

La velocidad sncrona del campo magntico de un motor de induccin se expresa como:

N = 120 f P Donde:

N: RPM, Velocidad sncrona. f : frecuencia (Hz). P: Nmero de polos.Que el participante calcule la velocidad de los generadores de su planta !!!!

La velocidad del inductor (rotor), es menor a la velocidad sncrona, a la diferencia entre estas dos velocidades es a lo que se conoce como DESLIZAMIENTO.

Entonces: S = N Ni RPM :

S = N Ni x 100 unidad de medida es % N Donde: S: Es el deslizamiento N: Velocidad sncrona Ni: Velocidad inducida velocidad subsncrona. Debido a lo anterior existe un par rotacional en el rotor, ya que si el deslizamiento fuera igual a cero, entonces el motor no girara.

Comportamiento del Motor Asncrono.

Si tuviramos un motor asncrono en reposo (rotor en reposo), y le aplicramos una corriente alterna de frecuencia f al inductor, sea cual sea el nmero de polos del motor, la frecuencia de las corrientes en el rotor, es la misma que la frecuencia de la corriente aplicada al estator.Bajo la condicin anterior, se considera al motor asncrono como un transformador esttico polifsico (donde el deslizamiento es igual a uno).

Par Resultante en los Motores Asncronos.

En el motor bajo condiciones normales existen dos campos magnticos; uno producido por el circuito del rotor y otro producido por el circuito del estator.La interaccin de estos campos magnticos es lo que produce el par interno de la mquina.El par resultante est relacionado con la potencia de salida del motor la cual es menor a la potencia de entrada del motor ya que se tienen prdidas de ndole mecnica, elctrica y magntica.

Esto es:

Pent. = P. perdidas + Psal.

Donde:

P. perdidas = P ( I2R + ncleo + mecnicas )

Pent Psal

P1 P2 P3 P4

Donde:

P.ent: Potencia elctrica de entrada en las terminales del estator. P.sal : Potencia mecnica de salida en la flecha del rotor.

P1 : Perdidas de potencia en el cobre del estator.

P2 : Perdidas de potencia en el ncleo del estator.

P3 : Perdidas de potencia en el cobre del rotor.

P4 : Perdidas de potencia por friccin y ventilacin.

Las perdidas en el ncleo del rotor se consideran mnimas.

Podemos concluir que: P.ent.rotor = P.ent - P1 - P2 P.mec en rotor = P.ent.rotor - P3

P.sal = P.mec en rotor - P4

RELACION PAR-POTENCIA.

PAR = POTENCIA VELOCIDAD

T.sal = P.sal Wrotor

Donde:

T.Sal : Par de salida o par en la flecha ( newton-metro). P.Sal : Potencia de salida o potencia en la flecha(watts). Wrotor: Velocidad del rotor (velocidad angular rad/seg).

Funcionamiento del motor jaula de ardilla.Se considera que su velocidad es constante, para efectos prcticos, no olvidando que debe existir siempre un deslizamiento.Al aplicar una carga al rotor, aumenta la corriente en este, para que aumente el par y pueda mover esta carga;: de tal manera que el campo magntico giratorio tiene que cortar a los conductores del rotor a una velocidad mayor para que esta obtener una corriente mas elevada. En estas circunstancias se producir una disminucin de la velocidad del rotor y un aumento del deslizamiento.Para cargas normales ,se tiene un deslizamiento pequeo, ya que es igual a la relacin entre las perdidas por efecto joule en el rotor y la potencia que se le suministra y al tener todos los rotores jaula de ardilla una resistencia pequea, el producto I2R,tiene poca importancia.El inconveniente mayor de estos motores es su valor reducido de par aunque se tenga una elevada corriente de arranque.

Circuito elctrico equivalente de un motor de induccin.El circuito equivalente, el diagrama vectorial y el diagrama circular de un motor son herramientas matemticas que se tiene para estudiar el comportamiento de los motores de induccin, partiendo de que el motor se comporta de forma anloga a un transformador con la nica diferencia de que en un transformador la carga es elctrica y en un motor es mecnica.

Regulacin de Velocidad en los Motores de Induccin.

La velocidad del motor de induccin de un motor es:

N2 = f ( 120 ) ( 1 - S )p

Donde:

N2: Velocidad en RPM. f : Frecuencia en Hz. S: Deslizamiento.

Por lo tanto para variar la velocidad de un motor se tienen tres parmetros a modificar, los cuales son: la frecuencia, el nmero de polos y el deslizamiento.