viernes, 23 de octubre de 2020

Uso de los motores de fase partida

 El uso de los motores de fase partida se da principalmente en equipos domésticos,  como lavadoras, refrigeradores,  y ventiladores.

Uso de los motores de fase partida

Se cuenta que.

  Thomas Alba Edison se  acercó al Ingeniero Estadunidense Benjamín Franklin Bailey  para preguntarle si podía inventar  un motor para ser utilizarlo en equipos de refrigeración en los hogares.

Su respuesta fue que sí, y el resultado  el motor monofásico  con condensador que surge  en 1925, y es ampliamente utilizado.

El ingeniero Bailey trabajo en grandes proyectos de su época, perfecciono desde  máquinas de vapor hasta sistemas automotrices.

Trabajo junto a Henry Ford y Thomas Alva Edison.

 Destaco en la docencia  impartiendo ingeniería eléctrica  en la universidad de Michigan.

Fue autor de varios libros acerca de los motores de inducción. Que continúan reproduciéndose  fielmente  ya que son “Considerados base del conocimiento”.

Se dice que un tiempo vivió en las calles de Calvario y Abasolo en el centro de Tlalpan, México.

Motores con capacitor permanente

Hay tres tipos de motores monofásicos con capacitor

1.- motores con capacitor de arranque recién abordado en https://coparoman.blogspot.com/2020/10/aplicacion-de-los-motores-de-fase.html

2.-  Motores con capacitor permanente, el capacitor tiene fu función en el arranque como en la marcha.

3.- Motores con dos capacitores, que utilizan un capacitor solo en el arranque y otro en servicio continúo (durante la marcha).

Diagrama de motor de inducción de fase partida con capacitor permanente

 Tiene dos devanados desplazados físicamente con el mismo diámetro y vueltas del conductor. A  uno de ellos se le conecta un capacitor en serie para obtener el desfasamiento de corriente entre los devanados.

En este  motor  se  elimina el interruptor centrífugo.


PCS Motors 

 Son señalados  como motores PSC (Permanent Split Capacitors),  y con aplicaciones en HVAC, ambos son términos  comerciales ampliamente utilizado, las siglas HVAC corresponden a : H(heating, calefacción), V (Ventilating, ventilación) AC (air conditioned, aire acondicionado).

Proporcionan un par uniforme y suave al arranque, un  menor ruido de funcionamiento,  un alto factor de potencia y  alta eficiencia.

Tienen un par de arranque bajo, no pueden ser empleados en equipos que requieran par de inicio considerable como compresores y bombas de agua.

Capacitores para el funcionamiento continúo de motor

Los capacitores de funcionamiento permanente, son más caros que los capacitores de arranque.

Utilizan películas metalizadas de polipropileno y los hay bañados en aceite. Se presentan en plástico o estuche de aluminio.

Diagrama de motor PSC  de dos  y tres velocidades

Para obtener velocidades, se utiliza como método el deslizamiento, añadiendo  bobinas auxiliares sobre los bobinados.

Al  añadir  conductor en serie baja la corriente, se reduce la fuerza de magnetización y disminuye la velocidad del rotor.

Es importante señalar que esto no agrega polos, sino reactancia inductiva,

Motor de inducción de fase partida con doble capacitor

En el  motor con 2 capacitores se busca obtener  arranque y funcionamiento óptimos.

 Obteniendo las ventajas  descritas de cada uno de los motores antes vistos, Par de arranque, eficiencia, menor ruido, etcétera.

Tiene arranque con los 2 capacitores  y se queda en funcionamiento con uno solo.

Split phase motors

Los motores de polo sombreado para producir la fase partida, utilizan una bobina en corto circuito de una sola vuelta de alambre de cobre.

 Este  anillo incrustado en una parte de la cara activa de cada polo se nombra  polo sombreado.

 En el estator el bobinado principal inducirá una fuerza electromotriz  en el polo sombreado, al estar en corto la corriente producirá un campo magnético adicional, que ira desplazado en el tiempo con respeto al campo principal.

Motor de polos sombreados

  Es el motor de fase partida más simple y pequeño. 

Su construcción es resistente y económica, no utilizan interruptor centrífugo ni capacitor.

Su aplicación está muy limitada, y a que tienen un par de arranque y de funcionamiento bajo. Los podemos encontrar en  pequeños ventiladores o extractores.

Colorín Colorado esta serie se ha acabado.

Los motores de fase partida forman parte de un grupo importante de máquinas domésticas, comerciales e industriales,  y están presentes de manera comercial desde hace un poco más 100 años.






















lunes, 19 de octubre de 2020

Aplicación de los motores de fase partida

 La aplicación de los motores de fase partida se da de manera preponderante en donde  no se cuenta con alimentación trifásica, en el ámbito doméstico y comercial.

Aplicación de los motores de fase partida

Se cuenta  que.

El ingeniero Edwin Charles Ballman patento un interruptor centrífugo que mejoro el funcionamiento del motor de fase partida.

 

Y estando convencido de que se podría “construir un motor mejor”,  se asoció con  Emil Doerr  y en 1820 fundaron Baldor electric, en St. Louis, Missouri, E.U.A.

 

Para el nombre de la empresa se decidió tomar de referencia las primeras letras de ambos apellidos con un pequeño arreglo.

 

En sus inicios “Baldor” fabricaban únicamente motores monofásicos de ¼ y ¾  de HP. Del tipo cerrado  y como estándar con  cojinetes de bolas.

Uso de los motores de motores monofásicos

Las maquinas eléctricas que trabajan con motores eléctricos monofásicos, tienen uno de 2 tipos de rotores.

 

a.-  de rotor bobinado que se alienta por conmutador y escobillas.

b.- de rotor de jaula de ardilla que se alimenta por inducción.

 

 Los motores de fase partida forman parte del grupo de  motores con  rotor de “jaula de ardilla”.

Tipos de motores  monofásicos

Los motores con rotor bobinado no son menos ni más importantes,  tienen características y aplicaciones diferentes a los de fase partida,  se utilizan mayoritariamente en herramientas portátiles y en algunos equipos electrodomésticos como licuadoras.

Las cargas mecánicas varían según las características de las máquinas, dando origen a  diversos tipos de  motores.

Motor de fase partida y motor de fase partida con arranque con capacitor

La diferencia entre los 2 primeros motores de fase dividida es que uno no tiene capacitor de arranque y otro si.

Motor  monofásico de fase partida con capacitor de arranque

Un capacitor es un elemento “reactivo” si se conecta en serie en bobinado de arranque, el motor de la misma potencia demanda una menor corriente de inicio y proporciona un mayor par de arranque.

Diagrama de motor de fase partida sin y con capacitor de arranque

Al interior del capacitor hay dos hojas metálicas  separadas entre sí por  una hoja material aislante.

Capacitor de arranque

Los eléctricos por razones didácticas utilizamos el símbolo del círculo, aun sabiendo que nuestro capacitor no está polarizado, la razón  es que ese mismo símbolo de un capacitor no polarizado corresponde a un contacto de relevador.

Un capacitor es un elemento reactivo en sus placas almacenan tensión eléctrica, lo hace por un pequeño tiempo ya que en los cambios de polaridad  del voltaje, se descarga y vuelva a cargar.

Ángulo de desfasamiento en el motor monofásico de fase partida con capacitor de arranque

Mientras las placas se cargan la corriente se adelanta respecto al voltaje, el ángulo de desfasamiento  es mayor en  un motor con capacitor con respecto con a un motor sin capacitor. 

Fasores de circuitos de motores de fase partida

El motor de fase partida tiene un ángulo del rango entre corriente de bobinados de 20 a 30 grados, 

Este ángulo es el desfase llamado fase partida, y se da entre la corriente de devanado de arranque ”Is” y la corriente del devanado principal “Ir”,

 Su par de arranque es de 1.5 a 2 veces el Par nominal (a plena carga).

El motor de fase partida con capacitor tiene un ángulo entre 80 a 90 grados, entre la corriente de sus devanados, su par de arranque es de 3.5 a 4 veces el Par nominal (a plena carga).

El motor con capacitor se emplea cuando de inicio el motor mueve cargas considerables por ejemplo para mover un compresor.

Esta historia continuará

Colorín Colorado, por hoy este cuento se ha acabado.

Agradezco las aportaciones del Ingeniero Sergio Elías Reyes Medina, Instructor de Mecatrónica en el Centro Mexicano Francés del Conalep. En Gómez Palacio, Durango. México.









 








 





sábado, 10 de octubre de 2020

Corriente eléctrica en el motor monofásico de fase partida

  La corriente eléctrica en el motor de fase partida puede ser tomada como referencia de su funcionamiento.

Corriente eléctrica en el motor monofásico de fase partida

Se cuenta que en el verano de 1859, el Señor George Westinghouse le asignaba labores de limpieza y tareas ingratas en su tienda de reparación de maquinaria agrícola, a su hijo George Westinghouse Junior, ya que le veía poca disposición para el estudio.


Y que para distraerlo, le encargo  cortar tubos de metal con la intención de entretenerlo por semanas, y que en pocas horas lo resolvió inventando un torno accionado a vapor.

 

A los 15 años el pequeño inventor y futuro gran empresario patento un motor rotativo. Más tarde invento un sistema de freno de aire utilizado  en el ferrocarril, se dice que realizó  más de 400 patentes.

 

Como empresario creó y dirigió más de 60 empresas, en diferentes áreas. En el área eléctrica, en 1886 funda en Pittsburgh la Westinghouse Electric & Manufacturing Company. 


Siendo pionero en la industria eléctrica y sobresaliendo por contratar a los mejores especialistas de la época.

Corriente de alimentación del motor monofásico

 En la  alimentar del motor monofásico se utilizan 2 conductores llamados línea viva y conductor neutro.

La corriente demandada por el motor tiene unidades de amperios (ampers) y es medida en solo uno de estos dos conductores.

Medición de corriente del motor monofásico

Los multímetros con gancho, detectan la intensidad del campo electromagnético que se genera al paso de la corriente, no hay necesidad de abrir el circuito, por lo que es un método de medición seguro.

 El uso de este aparato de medición es de mayor utilidad, cuando conocemos el funcionamiento del motor.

 En el  arranque el motor demanda más corriente, esta etapa no se mide, el motivo es que el pico de corriente generada podría dañar los circuitos electrónicos de nuestro multímetro.

Corriente del motor monofásico de fase partida

Sin velocidad en el inicio (cero RPM) toma un pico corriente que rápidamente disminuye, a medida que el motor toma velocidad.

 La razón es que el  motor deberá desarrollar un par motor mayor al par resistente, se refiere a  debe hacer girar al rotor y además la carga a mover, para lograrlo el motor requerirá de 6 a 7 veces su corriente nominal.

Par motor del motor monofásico de fase partida

El par motor inicial de estos motores  es de 1.5 a 2 veces el par nominal,

 Los motores de fase partida tienen 2 bobinados conectados en paralelo.

 

Motor monofásico de fase partida

El devanado auxiliar se utiliza solo  para iniciar su arranque, una vez que el motor alcanza alrededor del 75% de su velocidad nominal el devanado auxiliar se desconecta.

Proceso de arranque y marcha del motor monofásico de fase partida

Con  el motor  en funcionamiento podemos obtener una idea del estado de los componentes eléctricos y mecánicos del motor.

comparando la lectura de la corriente medida con la del dato  la placa.

Corriente nominal y corriente en vacío

 La corriente de placa “corriente nominal” es cuando el motor está trabajando, ya sea cortando, moliendo, etcétera. Llamamos a esta lectura con carga.

 El motor sin carga “sin mover mecanismos” debe dar una lectura de corriente menor a la señalada en la placa. Y llamamos a esta lectura “en vacío”.

Efectos de la corriente por averías en el interruptor centrífugo

El interruptor centrifugo “Ic” es un dispositivo electromecánico, sus fallas provocan esfuerzos improvistos que demandaran sobre corrientes, sin buenos dispositivos de protección pueden originar que los arrollamientos del motor se quemen.

 El motor no gira con un solo bobinado, si el interruptor centrifugo se queda abierto, la corriente por el bobinado principal provocara que este  se sobrecaliente y queme.

  Si el interruptor centrifugo no abre (se queda cerrado), el bobinado de arranque se sobrecalentara y quemara.

Efectos por cargas de trabajo

El aumento o disminución de corriente tiene relación con la forma de  trabajo desarrollado por el motor, de manera que si cargamos de más al motor, tendremos una sobre intensidad de corriente.

 El termino sobrecarga  hace referencia a que un aumento de esfuerzo mecánico genera un aumento de corriente.

 Los desgates mecánicos demandaran más trabajo y el motor requerirá de más energía, lo que se obtiene con un aumento de  corriente, la lectura de corriente puede ser utilizada como referencia del estado del motor.

 Algo similar sucede si hay un falso contacto, la corriente medida puede indicarnos que debemos revisar las conexiones.

 

Esta historia continuará

Colorín Colorado por hoy este cuento se ha acabado.

Agradezco las aportaciones del Ingeniero Sergio Elías Reyes Medina, Instructor de Mecatrónica en el Centro Mexicano Francés del Conalep. En Gómez Palacio, Durango. México.




 
















viernes, 2 de octubre de 2020

Magnitudes de entrada del motor monofásico de fase partida

 Las magnitudes de entrada del motor monofásico de fase partida, son  cantidades eléctricas señaladas en su placa de datos, que deben estar presentes para que el motor realice su trabajo.

Magnitudes de entrada del motor monofásico de fase partida

Va de cuento.

En 1760 el ingeniero James Watts  mejoro la máquina de vapor y junto con su socio Matthew Boulton  difundieron su uso.

La decisión de  Watts de asignarle  un valor comparativo a sus máquinas por la cantidad de caballos al que  pueden remplazar, fue un éxito comercial  ampliamente aceptado  durante la primera revolución industrial.

Magnitudes convencionales

En la segunda revolución industrial con la invención del motor de combustión interna y el motor eléctrico, el termino “Horse Power”  fue incorporado de manera convencional.

Los caballos de potencia es una unidad de mecánica que señala la potencia  obtenida en el eje (en el rotor del motor).

El desempeño de otras formas de energía  se puede relacionar con la equivalencia de unidades.

Valores nominales del motor

 El motor toma energía eléctrica de un punto llamado alimentación para transformarla en energía mecánica.

La paca de datos motor contiene la información de las magnitudes de diseño del motor, nos indica lo que le debemos proporcionar y que obtendremos.

Se requiere de una fuente de alimentación con una “tensión”, un voltaje alterno de 115 Voltios con una frecuencia de 60 Hertz (ciclos/segundo).

Valores proporcionados pueden variar ligeramente de los nominales

Además de la fuerza “tensión” la fuente debe ser capaz de  proporcionar y mantener la energía suficiente, para que el motor continúe trabajando.

El motor demandara  corriente eléctrica, en los procesos de arranque y de funcionamiento. 

Corriente demandada a la alimentación del motor

El proceso de poner en marcha un motor, es conocido como “Arranque”, se requiere un par (torque) de arranque motor inicial mayor al de la carga resistente.

Para lograrlo el motor demanda más energía, y la toma de la fuente de alimentación, la hace consumiendo una mayor cantidad de corriente.

Cargas eléctricas 

El motor presenta  una carga compleja llamada  “impedancia”, los bobinados contienen resistencia y  reactancia reactiva.

Que como resultado da las 2 manifestaciones de energía, cada una nos da una potencia diferente.

Potencias presentes en el motor

Estas manifestaciones de energía se dan al interior del motor en los “polos”, las bobinas son consideradas elementos reactivos.

Nosotros medimos en la fuente para tratar de entender que ocurre en el interior del motor. 

La energía eléctrica medida se cobra en kiloWatts- hora

Pocas veces medimos potencia requeriríamos de un Wattmetro,  

La referencia de potencia que tenemos en la entrada la llamamos potencia aparente, con el multímetro podemos medir tensión y corriente.

Triángulo de potencias

Del triángulo de potencia se obtiene un factor de potencias, el cos φ en la placa de datos el cos φ = 0.63, este dato es importante para calcular  la potencia activa, los Watts que consume el motor y que nos cobrara la compañía de energía.

Esta historia continuará

El vatio es la unidad de potencia del sistema internacional de unidades su símbolo es W (en clara alusión a James Watts) equivale a 1 Joule por segundo (1J/S),  en unidades utilizadas en electricidad es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio (volt) y una corriente eléctrica de un amperio (amper).

En México utilizamos primordialmente los términos estadunidenses,  Watts en lugar de Vatios,  así como los términos de Volt(s) y Amper(s).

Colorín Colorado por hoy este cuento se ha acabado.

Agradezco al Ingeniero Sergio Elías Reyes Medina, Instructor de Mecatrónica del Centro Mexicano Francés del Conalep. En Gómez Palacio, Durango. México. por su colaboración en este artículo.