INTRODUCCIÓN.
Los motores monofásicos, como su propio nombre indica son motores con un solo devanado en el
estator, que es el devanado inductor. Prácticamente todas las realizaciones de este tipo de motores
son con el rotor en jaula de ardilla. Suelen tener potencias menores de 1KW, aunque hay notables
excepciones como los motores de los aires acondicionados con potencias superiores a 10KW.
Se utilizan fundamentalmente en electrodomésticos, bombas y ventiladores de pequeña potencia,
pequeñas máquinas-herramientas, en los mencionados equipos de aire acondicionado, etc.
Se pueden alimentar entre una fase y el neutro o entre dos fases. No presentan los problemas de
excesiva corriente de arranque como en el caso de los motores trifásicos de gran potencia, debido a
su pequeña potencia, por tanto todos ellos utilizan el arranque directo.
Presentan los siguientes inconvenientes:
• Se caracterizan por sufrir vibraciones debido a que la potencia instantánea absorbida
por cargas monofásicas es pulsante de frecuencia doble que la de la red de
alimentación. Este fenómeno se puede observar en la figura de la página que a
continuación se adjunta
• "No arrancan solos" , debido a que el par de arranque es cero. Para explicar esta última
afirmación recordemos la expresión general del campo magnético en el entrehierro
generado por una corriente monofásica.
Sea i= I0· cos (ω1·t) la corriente que circula por el inductor, el campo que genera tiene la
forma:
B= K·i·cos(Pθ) donde P es el número de pares de polos de la máquina.
Sustituyendo la corriente por su valor
B= K·I0·cos(ω1·t)· cos(Pθ)
Si desarrollamos este producto de cosenos llegamos a la expresión siguiente:
B= [(K·I0) / 2] ·cos(Pθ + ω1·t) + [(K·I0) / 2] ·cos(Pθ - ω1·t)
Que no es más que la expresión de dos campos giratorios de la misma amplitud (que es
constante) de valor [(K·I0) / 2], de la misma velocidad de giro, ωs= ω1 / P, pero de
sentidos opuestos. Por tanto, el par desarrollado por este campo, tiene una curva parvelocidad
de la forma:
MOTORES ASÍNCRONOS MONOFÁSICOS.-
En la que se observa cómo el par de arranque vale cero. Si provocamos un desequilibrio
en el momento del arranque, es decir, si ω ≠ 0, el motor comenzará a girar en uno u otro
sentido, en función de cuál sea el desequilibrio aplicado.
Los sistemas ideados para el arranque de los motores asíncronos monofásicos se basan
por tanto en provocar un desequilibrio entre los pares antagonistas que generan ambos
campos magnéticos. Las principales realizaciones se basan en cambiar, al menos
durante el arranque, el motor monofásico por un bifásico (que "arranca sólo"). Un
motor bifásico tiene dos devanados en el estator, desplazados π/(2·P). Las principales
realizaciones de motores monofásicos utilizando esta técnica son:
1. Motores de arranque por condensador
2. Motores de fase partida
No obstante es importante significar que existen otras muchas realizaciones, que el
lector interesado puede consultar en la bibliografía especializada.
En este texto, sólo nos vamos a ocupar de los motores de arranque por condensador.
MOTORES ASÍNCRONOS MONOFÁSICOS.-
MOTORES MONOFÁSICOS DE ARRANQUE POR CONDENSADOR
Se trata de motores asíncronos monofásicos que en el momento del arranque son bifásicos. Tienen
por tanto dos devanados en el inductor (que siempre está en el estator) desplazados π/(2·P). Estos
devanados son:
- El devanado principal, así denominado porque es el que recibe energía durante todo el
tiempo en el que el motor está funcionando
- El devanado auxiliar, de características idénticas al principal, pero al que se le ha
añadido un condensador en serie, que es el que permite conseguir el desfasaje suficiente
entre las dos corrientes. Se denomina devanado auxiliar porque sólo recibe energía
eléctrica en el momento del arranque, ya que posteriormente, dicho devanado se
desconecta por la acción de un interruptor centrífugo.
La estructura de este motor se muestra en la figura adjunta:
Para conseguir el arranque es necesario que las corrientes de los dos devanados estén desfasadas
como puede apreciarse en la figura adjunta
MOTORES ASÍNCRONOS MONOFÁSICOS.-
En la mayor parte de los motores monofásicos de arranque por condensador, el motor arranca como
bifásico, pero cuando se alcanza una velocidad, de aproximadamente el 75% de la velocidad de
sincronismo, se abre el interruptor centrífugo, funcionando a partir de ese momento como un motor
monofásico propiamente dicho. En otras ocasiones, y para evitar problemas de mantenimiento, el
motor es realmente bifásico, y no está provisto del mencionado interruptor.
A continuación se adjunta una figura explicativa de la curva par-velocidad típica de este tipo de
motores.
Seguidamente, se adjunta una figura en la que se pone de manifiesto que la potencia activa
absorbida por un motor monofásico es pulsante a la frecuencia 2·w, razón por la cual, este tipo de
máquinas eléctricas estarán siempre sujetas a vibraciones mecánicas, imposibles de eliminar.
ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS CON
REDES MONOFÁSICAS
1.- INTRODUCCIÓN (Véase “Máquinas Eléctricas” de Jesús Fraile Mora, Cuarta Edición
del Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.
Colección Escuelas)
En primer lugar, hay que señalar que para que un motor trifásico se pueda accionar mediante redes
monofásicas es imprescindible que dicho motor tenga acceso completo a sus devanados de estator
(es decir, caja de bornes con seis conexiones del estator).
El método que se va a desarrollar es válido tanto para motores con rotor en jaula de ardilla como
para motores con rotor devanado.
La técnica a emplear se basa en el mismo razonamiento que se emplea para los motores asíncronos
monofásicos de arranque por condensador, en realidad, lo que se hace es construir un motor
monofásico de arranque por condensador a partir del motor asíncrono trifásico que se desea
accionar, según se muestra en la figura adjunta.
MOTORES ASÍNCRONOS MONOFÁSICOS.-
El motor trifásico en estas condiciones arranca por sí sólo, con las mismas características que un
motor monofásico de arranque por condensador.
Si se utiliza el condensador adecuado, que es aquel que hace que el ángulo entre las dos corrientes
del estator sea máximo y que es aquel cuya reactancia tiene un valor de:
2 C
X = Z
Donde Z es la impedancia del motor, se puede conseguir que la potencia del motor en su
funcionamiento como monofásico pueda llegar a ser del 80 al 90% de su valor nominal como
trifásico. Para una red de 220V, se necesitan unos 70μF por KW de potencia útil del motor (norma
UNE48501). El condensador debe de preverse para una tensión de alrededor de 1.25 veces la
tensión de la red, debido a los efectos de sobretensiones a que suele estar sometido como
consecuencia de los fenómenos de resonancia.
Para conseguir un cambio de giro basta con intercambiar el condensador con los otros devanados
del motor trifásico.
Sin embargo, una configuración que da mejores resultados (véase la referencia anteriormente indicada).
viernes, 12 de febrero de 2010
FACTOR DE POTENCIA.
El Factor de potencia
El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:
f.d.p. = P/S
• El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.
• El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo.
Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil.
• La potencia efectiva o real es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo: es la potencia activa P:
Sistema monofásico: P = V I COSf •Sistema trifásico P: =V I COSf
La potencia reactiva Q es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores:
Sistema monofásico: Q = V I senf •Sistema trifásico:Q =1.73*V I senf
La potencia aparente S es la suma geométrica de las potencias activa y reactiva, o también:
Sistema monofásico: S = V I •Sistema trifásico S =1.73*V I
Gráficamente estas tres expresiones están relacionadas mediante el "triángulo de potencias" :
• Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser:adelantado, retrasado, igual a 1.
• En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en fase en este caso, se tiene un factor de potencia unitario
• En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad se encuentra retrasada respecto a al tensión. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.
• En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado.
Un receptor que debe de producir una potencia P lo puede hacer absorbiendo de la línea una potencia Q o Q' tal como se ve en el esquema de debajo, con Cosf y Cosf' respectivamente (entonces Cosf > Cosf'). Sin embargo en el primer caso la intensidad absorbida es menor que en el segundo ( S = UI < S = UI' entonces I < I' ) con la consiguiente reducción de las pérdidas por efecto joule.
Entonces en una instalación nos interesa tener valores altos del factor de potencia (Cosf
Problemas por bajo factor de potencia
Mayor consumo de corriente.
• Aumento de las pérdidas e incremento de las caídas de tensión en los conductores.
• Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.
• Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente.
Beneficios por corregir el factor de potencia
Disminución de las pérdidas en conductores.
• Reducción de las caídas de tensión.
• Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.
• Incremento de la vida útil de las instalaciones
Reducción de los costos por facturación eléctrica.
Compensación del factor de potencia en un circuito monofásico
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de potencia reactiva se puede reducir e incluso anular si se colocan condensadores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
De la figura siguiente se deduce que la potencia reactiva del condensador ha de ser:
QC = Q' - Q = P (Tagf'-tagf)
y como QC = UIC = U2C
U2C = P (Tagf'-tagf)
C = P (Tagf'-tagf) / U2*328
Compensación del factor de potencia en un circuito trifásico
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de potencia reactiva se puede reducir e incluso anular si se colocan condensadores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
C = P•(tagf'-tagf)/3•U2*328
El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:
f.d.p. = P/S
• El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.
• El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo.
Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil.
• La potencia efectiva o real es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo: es la potencia activa P:
Sistema monofásico: P = V I COSf •Sistema trifásico P: =V I COSf
La potencia reactiva Q es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores:
Sistema monofásico: Q = V I senf •Sistema trifásico:Q =1.73*V I senf
La potencia aparente S es la suma geométrica de las potencias activa y reactiva, o también:
Sistema monofásico: S = V I •Sistema trifásico S =1.73*V I
Gráficamente estas tres expresiones están relacionadas mediante el "triángulo de potencias" :
• Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser:adelantado, retrasado, igual a 1.
• En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en fase en este caso, se tiene un factor de potencia unitario
• En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad se encuentra retrasada respecto a al tensión. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.
• En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado.
Un receptor que debe de producir una potencia P lo puede hacer absorbiendo de la línea una potencia Q o Q' tal como se ve en el esquema de debajo, con Cosf y Cosf' respectivamente (entonces Cosf > Cosf'). Sin embargo en el primer caso la intensidad absorbida es menor que en el segundo ( S = UI < S = UI' entonces I < I' ) con la consiguiente reducción de las pérdidas por efecto joule.
Entonces en una instalación nos interesa tener valores altos del factor de potencia (Cosf
Problemas por bajo factor de potencia
Mayor consumo de corriente.
• Aumento de las pérdidas e incremento de las caídas de tensión en los conductores.
• Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.
• Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente.
Beneficios por corregir el factor de potencia
Disminución de las pérdidas en conductores.
• Reducción de las caídas de tensión.
• Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.
• Incremento de la vida útil de las instalaciones
Reducción de los costos por facturación eléctrica.
Compensación del factor de potencia en un circuito monofásico
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de potencia reactiva se puede reducir e incluso anular si se colocan condensadores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
De la figura siguiente se deduce que la potencia reactiva del condensador ha de ser:
QC = Q' - Q = P (Tagf'-tagf)
y como QC = UIC = U2C
U2C = P (Tagf'-tagf)
C = P (Tagf'-tagf) / U2*328
Compensación del factor de potencia en un circuito trifásico
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de potencia reactiva se puede reducir e incluso anular si se colocan condensadores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
C = P•(tagf'-tagf)/3•U2*328
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