Cuamatzi Coliente María Guadalupe

Presentación

La Dirección General de Innovación Educativa, dependiente de la Benemérita

Universidad Autónoma de Puebla, tiene como objetivo principal el formar

profesionales a nivel superior, razón por la cual se les brinda una formación

integral, dinámica y participativa que permita a los egresados contar con los

conocimientos, habilidades, destrezas y valores acordes del sector productivo del

país.

Para lograr lo anterior se deben tomar en cuenta los requerimientos académicos

que sustenten los planes y programas de estudio vigentes a la institución. Así

surge la propuesta de la materia DHTIC, lo que da por resultado un material de

apoyo para los alumnos, con el cual se pretende formar estudiantes autogestores

de su propio proceso de aprendizaje.

El propósito de esta tesis es dar a conocer los puntos y posturas más

importantes de lo que son los motores eléctricos y sus usos, así mismo nos

adentraremos al mundo de la industria. Aunque también debemos hacer referencia

a los usos cotidianos que tienen no solo dentro de la industria si no fuera de ella.

Por lo tanto se invita a la comunidad estudiantil a utilizar este ensayo con la

convicción de que es el resultado del enorme esfuerzo, trabajo y dedicación, cuya

finalidad es favorecer el proceso de aprendizaje en los estudiantes, y con ello

contribuir al logro de los objetivos institucionales. T

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rico

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INDICE

Presentación………………………………………………………….………..1

Índice…………………………………………………………………………2-3

Introdución……………………………………………………………………..4

MOTORES ELÉCTRICOS

Motores Eléctricos……………………………………………………….…....5

Partes del motor……………………………………………………………6-7

Estator……………………………………………………………………….7

Rotor…………………………………………………………………………8

Bobinado…………………………………………………………………….8

Carcasa……………………………………………………………………8-9

Base………………………………………………………………………….9

Caja de conexiones………………………………………………………...9

Cojinetes…………………………………………………………………9-10

Clasificación de los motores eléctricos

Motores de Corriente continúa………………………………………10-11

Sin escobillas……………………………………………………….11-12

En serie………………………………………………………………….12

Motor de derivación (Shunt)……………………………...…………...12

Motor compuesto (Compound).………………………………...….....13

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Motores de Corriente alterna………...……………………………….….13

Motor síncrono……………………………………………………..13-14

Motor asíncrono ……….…………………………………..….......14-15

Motores trifásicos…………………………………………………… 15

Jaula de ardilla……………………………………………………..15

Rotor bobinado…………………………………………………….16

Motores monofásicos…………………………………………..…..16-17

Universal……………………………………………………………..17

De inducción……………………………………………………..17-18

De repulsión………………………………………………………….18

Conclusiones…………………………………………………………………...19

Bibliografía………………………………………………………………………20

Citas textuales…………………………………………………………………..21

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Introducción

Este pequeño documento va dirigido hacia la juventud, que en estos tiempos

busca información clara, precisa y sobre todo que sea fácil de encontrar.

Querido lector a continuación te presento una breve introducción de lo que son

los motores eléctricos, el lenguaje que utilizo es común para que sea más fácil su

entendimiento, espero sea de gran ayuda y de tu agrado.

El propósito de esta tesis es dar a conocer los puntos y posturas más

importantes de lo que son los motores eléctricos y sus usos, así mismo nos

adentraremos al mundo de la industria ya que esta es una de la principales y

mayor usuaria de estos. Aunque también debemos hacer referencia a los usos

cotidianos que tienen no solo dentro de la industria si no fuera de ella, porque

todos en algún momento hemos usado algún motor eléctrico para nuestro

beneficio.

Los motores eléctricos son máquinas que transforman la energía eléctrica en

energía mecánica, su principio se basa en la combinación de campos magnéticos

generados por el paso de corriente eléctrica en las bobinas que se encuentran

internamente a esta, su importancia se basa en lo anterior ya que para transformar

esta energía no existe ningún tipo de subproducto que contamine el ambiente.

Esto los hace básicos en el uso cotidiano para ser utilizados en refrigeradores,

lavadoras, aspiradoras, autos, etc.

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Motores Eléctricos

Un motor eléctrico es aquel que puede trasformar la energía eléctrica en energía

mecánica, estos son máquinas eléctricas rotatorias. Algunos de los motores

eléctricos son reversibles es decir, transforman la energía mecánica en energía

eléctrica.

Los motores son muy utilizados en instalaciones industriales, comerciales y

particulares, además de funcionar conectados a una red eléctrica, estos también

pueden funcionar conectados a una batería.

Dependiendo del tipo de corriente utilizada para su alimentación, se clasifican

en:

Motores Eléctrico

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Motores de

corriente continua

Sin escobillas

En serie

De Derivación

(Shunt)

Exitación compuesta (Compund)

Motores de

corriente alterna

Síncronos Asíncronos

Trifásicos

Jaula de ardilla

De rotor bobinado

Monofásicos

Universal de induccion

de repulsion

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Partes del motor

Como todas las máquinas eléctricas, un motor eléctrico está constituido por un

circuito magnético y dos eléctricos, uno colocado en la parte fija (estator) y otro en

la parte móvil (rotor).

El circuito magnético de los motores eléctricos de corriente alterna está formado

por chapas magnéticas apiladas y aisladas entre sí para eliminar el magnetismo

remanente.

El circuito magnético está formado por chapas apiladas en forma de cilindro en

el rotor y en forma de anillo en el estator.

El cilindro se introduce en el interior del anillo y, para que pueda girar libremente,

hay que dotarlo de un entrehierro constante.

El anillo se dota de ranuras en su parte interior para colocar el bobinado inductor

y se envuelve exteriormente por una pieza metálica con soporte llamada carcasa. 

El cilindro se adosa al eje del motor y puede estar ranurado en su superficie para

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colocar el bobinado inducido (motores de rotor bobinado) o bien se le incorporan

conductores de gran sección soldados a anillos del mismo material en los

extremos del cilindro (motores de rotor en cortocircuito) similar a una jaula de

ardilla, de ahí que reciban el nombre de rotor de jaula de ardilla.

El eje se apoya en unos rodamientos de acero para evitar rozamientos y se saca

al exterior para transmitir el movimiento, y lleva acoplado un ventilador para

refrigeración. Los extremos de los bobinados se sacan al exterior y se conectan a

la placa de bornes.

Estator

Constituye la parte fija del motor. 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:

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a) Estator de polos salientes

b) Estator ranurado

Rotor

Constituye la parte móvil del motor. 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 puede ser básicamente de tres tipos:

a) Rotor ranurado

b) Rotor de polos salientes

c) Rotor jaula de ardilla

Bobinado

Tipos de bobinas: Un motor monofásico tiene dos grupos de devanados en el

estator: el primer grupo, se conoce como el devanado principal o devanado de

trabajo; el segundo, se le conoce como devanado auxiliar o de arranque. Estos

dos devanados se conectan en paralelo entre sí, el voltaje de línea se aplica a

ambos al energizar el motor.

Carcasa

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La carcasa 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:

a) Totalmente cerrada

b) Abierta

c) A prueba de goteo

d) A prueba de explosiones

e) De tipo sumergible

Base

La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación del motor, puede ser de dos tipos:

a) Base frontal

b) Base lateral

Caja de Conexiones

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 de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.

Cojinetes

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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 basándose en el principio de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre el eje y la superficie de apoyo.

b) Cojinetes de rodamiento: Se utilizan preferentemente en lugar 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

Clasificación de los motores eléctricos

Motores de Corriente continúa

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica

en mecánica, provocando un movimiento rotatorio. La corriente continua se refiere

al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de

distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo.

Estos motores se también se conocen como motores lineales. En algunas

modificaciones, ejercen tracción sobre un riel.

El motor de corriente continua se usa en grúas que requieran precisión de

movimiento con carga variable, otras aplicaciones son las máquinas herramientas,

máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles, etc.

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Sin escobillas

Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos

rozantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento,

desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir

partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser

conductor.

Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alterna

asíncronos. Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya

que son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento,

pero su control era mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se ha

eliminado con los controles electrónicos.

El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua, y otra vez en

alterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente con

corriente continua, eliminado el primer paso. Por este motivo, estos motores de

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corriente alterna se pueden usar en aplicaciones de corriente continua, con un

rendimiento mucho mayor que un motor de corriente continua con escobillas.

Algunas aplicaciones serían los coches y aviones con radiocontrol, que funcionan

con pilas.

En serie

El motor serie o motor de excitación en serie, es un tipo de motor eléctrico de

corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van

conectados en serie.

El voltaje aplicado es constante, mientras que el campo de excitación aumenta

con la carga, puesto que la corriente es la misma corriente de excitación. El flujo

aumenta en proporción a la corriente en la armadura, como el flujo crece con la

carga, la velocidad cae a medida que aumenta esa carga.

Motor de derivación (Shunt)

El motor Shunt o motor de excitación en paralelo es un motor eléctrico de

corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o

paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar.

Al igual que en los dinamos Shunt, las bobinas principales están constituidas por

muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado

inductor principal es muy grande. En el instante del arranque, el par motor que se

desarrolla es menor que el motor serie, (también uno de los componentes del

motor de corriente continua). Al disminuir la intensidad absorbida, el régimen de

giro apenas sufre variación.

Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye más que

ligeramente cuando el par aumenta. Los motores de corriente continua en

derivación son adecuados para aplicaciones en donde se necesita velocidad

constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que es necesario un

rango apreciable de velocidades (por medio del control del campo)

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Motor compuesto (Compound)

El motor compuesto también es llamado compound, en este caso el devanado de

excitación tiene una parte de él en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El

arrollamiento en serie con el inducido está constituido por pocas espiras de gran

sección, mientras que el otro está formado por un gran número de espiras de

pequeña sección. Permite obtener por tanto un motor con las ventajas del motor

serie, pero sin sus inconvenientes. Sus curvas características serán intermedias

entre las que se obtienen con excitación serie y con excitación en derivación.

Existen dos tipos de excitación compuesta. En la llamada compuesta adicional el

sentido de la corriente que recorre los arrollamientos serie y paralelo es el mismo,

por lo que sus efectos se suman, a diferencia de la compuesta diferencial, donde

el sentido de la corriente que recorre los arrollamientos tiene sentido contrario y

por lo tanto los efectos de ambos devanados se restan.

Motores de Corriente alterna

En la actualidad, el motor de corriente alterna es el que más se utiliza para la

mayor parte de las aplicaciones, debido fundamentalmente a que consiguen un

buen rendimiento, bajo mantenimiento y sencillez, en su construcción, sobre todo

en los motores asíncronos.

Motor síncrono

Son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma

frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el

par motor mayor es esta diferencia de frecuencias. Este motor tiene la

característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la

frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Es utilizado en aquellos

casos en donde se desea una velocidad constante.

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Se utilizan para convertir potencia eléctrica en potencia mecánica de rotación. A

diferencia de los motores asincrónicos, la puesta en marcha requiere de

maniobras especiales a no ser que se cuente con un sistema automático de

arranque. Otra particularidad del motor síncrono es que al operar de forma

sobreexcitado consume potencia reactiva y mejora el factor de potencia.

Las máquinas síncronas funcionan tanto como generadores y como motores. En

nuestro medio sus aplicaciones son mínimas y casi siempre están relacionadas en

la generación de energía eléctrica.

Motor asíncrono

Se les llama motores asíncronos porque la velocidad de giro del motor no es la

desincronismo, impuesta por la frecuencia de la red.

Hoy en día se puede decir que más del 80% de los motores eléctricos utilizados

en la industria son de este tipo, trabajando en general a velocidad prácticamente

constante. No obstante, y gracias al desarrollo de la electrónica de potencia en los

últimos años está aumentando considerablemente la utilización de este tipo de

motores a velocidad variable.

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La gran utilización de los motores asíncronos se debe a las siguientes causas:

fácil construcción, bajo peso, poco volumen, económico y mantenimiento inferior al

de cualquier otro tipo de motor eléctrico.

Trifásicos

Es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica

suministrada, en energía mecánica. La energía eléctrica trifásica origina campos

magnéticos rotativos en el bobinado del estator (o parte fija del motor).

Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde

una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se los

construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz)

normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones

nominales distintas. Se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas,

montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc

Motor de jaula de ardilla

Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula

de ardilla". El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y

barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las

ardillas domésticas).

El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente

eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que

fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético

del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado

un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. En efecto, el rotor se lleva alrededor

el campo magnético, pero en un índice levemente más lento de la rotación. La

diferencia en velocidad se llama "deslizamiento" y aumenta con la carga.

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Motor con rotor bobinado

Es un motor que tiene estator igual al de jaula de ardilla y el rotor viene bobinado

en estrella cuyos terminales van conectados a tres anillos colectores rozantes

fijados en el eje del motor. Los anillos colectores se conectan a un control de

velocidad conformado por resistencias rotatorias y hace el oficio de arrancador. La

puesta en marcha se hace en 2, 3,5 tiempos, según el caso por eliminación de las

resistencias intercaladas en el circuito del rotor.

Motores monofásicos

Fueron los primeros motores utilizados en la industria. Cuando este tipo de

motores está en operación, desarrolla un campo magnético rotatorio, pero antes

de que inicie la rotación, el estator produce un campo estacionario pulsante.

Para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe tener un

devanado auxiliar desfasado 90° con respecto al devanado principal. Una vez que

el motor ha arrancado, el devanado auxiliar se desconecta del circuito.

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Debido a que un motor de corriente alterna (C.A.) monofásico tiene dificultades

para arrancar, está constituido de dos grupos de devanados: El primer grupo se

conoce como el devanado principal o de trabajo, y el segundo, se le conoce como

devanado auxiliar o de arranque. Los devanados difieren entre sí, física y

eléctricamente. El devanado de trabajo está formado de conductor grueso y tiene

más espiras que el devanado de arranque.

Universal

Funcionan con c.a. y c.c. y son de fracción de 1 hp y son usados principalmente

en aparatos electrodomésticos. El inducido es igual al de un motor de c.c. funciona

a la misma velocidad con c.c. o c.a. La velocidad se puede regular por medio de

reóstatos y bobinas de tomas múltiples devanadas en torno del campo. Como es

un motor serie, la carga siempre debe estar conectada al motor.

El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja (del

orden del 51%), pero como se utilizan en máquinas de pequeña potencia, ésta no

se considera importante, además, su operación debe ser intermitente, de lo

contrario, éste se quemaría. Estos motores son utilizados en taladros, aspiradoras,

licuadoras, etc.

Motores de inducción

Los motores monofásicos de inducción poseen un bobinado único en el estator.

Este bobinado está devanado generalmente en varias bobinas que se distribuyen

en la periferia del estator, y genera un campo magnético único alternado a lo largo

del eje de los campos.

Estando inmóvil el rotor, las alternancias del campo del estator inducen

corriente en el rotor. Estas corrientes producen a su vez, campos del mismo signo

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que el estator, que tienden a hacerlo girar 180º hasta enfrentarlo con los polos

opuestos. Pero esta fuerza se ejerce a lo largo del eje del rotor y por lo tanto la

fuerza de giro es igual en ambos sentidos y el rotor no se mueve. Si en estas

condiciones, se da al rotor un impulso con la mano, éste se pondrá en marcha y

girará en la dirección en que se le dio el impulso. Al ir aumentando la velocidad del

rotor, llega a un punto en que aproximadamente cumple medio giro, es decir, 180º

de rotación, por cada alternancia completa de la corriente que circula por el

estator.

Si las velocidades del campo magnético giratorio y la del rotor son iguales, no

se inducirá f.e.m., debido a que no habría movimiento relativo entre los campos

del estator y rotor. Al no haber f.e.m., no existirá corriente inducida y por lo tanto

no se inducirá el par motor, entonces se hace necesario que el rotor gire a una

velocidad menor que el campo magnético giratorio del estator. Esta diferencia de

velocidad se llama "resbalamiento".

Motores de repulsión

Al conectarse a la corriente monofásica se crea un campo magnético en el estator

y se induce otro campo en el inducido. Si estos dos campos están

descentralizados una 15º eléctricos, entonces, se crea un par de arranque que

hace que el inducido del motor gire, Así pues, la aplicación el principio de que

polos iguales se repelen da al motor su nombre de motor de repulsión.

Para invertir el sentido de rotación se desplazan las escobillas a unos 15º

eléctricos del centro de los polos del estator en el sentido contrario al original.

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Conclusiones

El motor eléctrico en la actualidad es de gran importancia, ya que debido a sus usos es de suma importancia no solo para la industria sino también para el uso doméstico, en cuando hablamos de la obtención de la energía mecánica.

Por último llegamos a la conclusión que sin los motores eléctricos la vida sería un poco difícil, ya que en ocasiones se deben hacer trabajos pesados y gracias a la ayuda de la mecánica estos se facilitan, como antes habíamos mencionado no solo en la industria también en el hogar, y esto lo podemos ver a diario con el uso de la licuadora, lavadora, refrigerador, etc.

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Bibliografía

Barrientos B. y Alaniz S.A. (febrero 2013) De la brújula al motor eléctrico. Historia, aplicaciones y experimentos sobre la teoría electromagnética. D.R. © Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F.

Merino J.M. Accionamientos Eléctricos, Tomo I y II. CADEM. Motores eléctricos.

Motores eléctricos (Jim Cox), editorial G.Gili, S.A. de C.V. año1995 versión en español México Gustavo Gili Argus Books Ltd 199 1993 (original)

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Citas textuales

Bernardino Barrientos García y Susana A. Alaniz Álvarez, De la brújula al motor eléctrico. Historia, aplicaciones y experimentos sobre la teoría electromagnética. Primera edición, México D.F, D.R. © Universidad Nacional Autónoma de México, febrero 2013, p.19

Merino J.M. Accionamientos Eléctricos, Tomo I y II. CADEM. Motores eléctricos.

Motores eléctricos (Jim Cox), editorial G.Gili, S.A. de C.V. año1995 versión en español México Gustavo Gili Argus Books Ltd 199 1993 (original)

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