Motores de inducción monofásicos

Un motor trifásico puede funcionar con una fuente de alimentación monofásica. Sin embargo, no se iniciará automáticamente. Puede iniciarse manualmente en cualquier dirección, llegando a la velocidad en unos pocos segundos. Solo desarrollará 2/3 de la potencia nominal de 3 φ porque no se usa un devanado.

El motor 3-φ funciona con 1-φ de potencia pero no arranca

Bobina simple de un motor monofásico

La bobina simple de un motor de inducción monofásico no produce un campo magnético giratorio, sino un campo pulsante que alcanza la intensidad máxima a 0 ° y 180 ° eléctricos.

El estator monofásico produce un campo magnético pulsátil y no giratorio

Otro punto de vista es que la bobina simple excitada por una corriente monofásica produce dos fasores de campo magnético contrarrotantes, que coinciden dos veces por revolución a 0 ° (Figura anterior-a) y 180 ° (figura e). Cuando los fasores giran a 90 ° y -90 °, se cancelan en la figura c.

A 45 ° y -45 ° (figura b) son parcialmente aditivos a lo largo del eje + x y se cancelan a lo largo del eje y. Existe una situación análoga en la figura d. La suma de estos dos fasores es un fasor estacionario en el espacio, pero con polaridad alterna en el tiempo. Por lo tanto, no se desarrolla un par de arranque.

Sin embargo, si el rotor se gira hacia adelante a un poco menos que la velocidad síncrona, desarrollará un par máximo con un deslizamiento del 10% con respecto al fasor de rotación hacia adelante. Se desarrollará menos torque por encima o por debajo del 10% de deslizamiento.

El rotor verá un deslizamiento del 200% al 10% con respecto al fasor del campo magnético que gira en sentido contrario. A partir del fasor contrarrotante se desarrolla un pequeño par (ver curva de par frente a deslizamiento) que no sea una ondulación de doble frecuencia. Por lo tanto, la bobina monofásica desarrollará par una vez que se encienda el rotor.

Si el rotor se pone en marcha en la dirección inversa, desarrollará un par grande similar a medida que se acerque a la velocidad del fasor giratorio hacia atrás.

Los motores de inducción monofásicos tienen una jaula de ardilla de cobre o aluminio incrustada en un cilindro de laminaciones de acero, típico de los motores de inducción polifásicos.

Motor de condensador dividido permanente

Una forma de resolver el problema de la monofásico es construir un motor de 2 fases, derivando la energía de 2 fases de la monofásica. Esto requiere un motor con dos devanados separados 90 ° eléctrico, alimentado con dos fases de corriente desplazada 90 ° a tiempo. Esto se llama motor de condensador de división permanente.

Motor de inducción de condensador dividido permanente

Este tipo de motor sufre un aumento de la magnitud de la corriente y un cambio de tiempo hacia atrás a medida que el motor alcanza la velocidad, con pulsaciones de par a la velocidad máxima. La solución es mantener el condensador (impedancia) pequeño para minimizar las pérdidas.

Las pérdidas son menores que para un motor de polo sombreado. Sin embargo, esta configuración de motor funciona bien hasta 1/4 de caballo de fuerza (200 vatios), generalmente se aplica a motores más pequeños. La dirección del motor se invierte fácilmente cambiando el condensador en serie con el otro devanado. Este tipo de motor se puede adaptar para su uso como servomotor, que se describe en otra parte de este capítulo.

Motor de inducción monofásico con bobinas de estator integradas

Los motores de inducción monofásicos pueden tener bobinas incrustadas en el estator para motores de mayor tamaño. Sin embargo, los tamaños más pequeños usan menos complejos para construir bobinados concentrados con polos salientes.

Motor de inducción de arranque por condensador

En la figura a continuación, se puede usar un condensador más grande para arrancar un motor de inducción monofásico a través del devanado auxiliar si se apaga mediante un interruptor centrífugo una vez que el motor alcanza la velocidad. Además, el devanado auxiliar puede tener muchas más vueltas de cable más pesado que las utilizadas en un motor de fase dividida de resistencia para mitigar el aumento excesivo de temperatura.

El resultado es que hay más par de arranque disponible para cargas pesadas como compresores de aire acondicionado. Esta configuración de motor funciona tan bien que está disponible en tamaños de varios caballos de fuerza (varios kilovatios).

Motor de inducción con arranque por condensador

Motor de inducción de motor con funcionamiento por condensador

Una variación del motor de arranque por condensador (figura siguiente) es arrancar el motor con un condensador relativamente grande para un par de arranque alto, pero dejar un condensador de menor valor en su lugar después de comenzar a mejorar las características de funcionamiento sin consumir una corriente excesiva. La complejidad adicional del motor con condensador se justifica para motores de mayor tamaño.

Motor de inducción de motor con funcionamiento por condensador

Un condensador de arranque de motor puede ser un condensador electrolítico no polar de doble ánodo que podría ser dos condensadores electrolíticos polarizados + a + (o - a -) conectados en serie. Dichos condensadores electrolíticos con clasificación CA tienen pérdidas tan altas que solo se pueden usar para tareas intermitentes (1 segundo encendido, 60 segundos apagado) como el arranque del motor.

Un condensador para el funcionamiento del motor no debe ser de construcción electrolítica, sino de un tipo de polímero de menor pérdida.

Motor de inducción de motor de fase dividida por resistencia

Si un devanado auxiliar de muchas menos vueltas, se coloca un cable más pequeño a 90 ° eléctrico al devanado principal, puede arrancar un motor de inducción monofásico. Con menor inductancia y mayor resistencia, la corriente experimentará menos cambio de fase que el devanado principal.

Aproximadamente 30 ° de diferencia de fase puede obtenerse. Esta bobina produce un par de arranque moderado, que se desconecta mediante un interruptor centrífugo a 3/4 de la velocidad síncrona. Esta disposición simple (sin condensador) sirve bien para motores de hasta 1/3 caballos de fuerza (250 vatios) que manejan cargas de fácil arranque.

Motor de inducción de motor de fase dividida de resistencia

Este motor tiene más par de arranque que un motor de polo sombreado (siguiente sección), pero no tanto como un motor de dos fases construido con las mismas partes. La densidad de corriente en el devanado auxiliar es tan alta durante el arranque que el consiguiente aumento rápido de temperatura impide el arranque frecuente o cargas de arranque lentas.

Corrector del factor de potencia Nola

Frank Nola de la NASA propuso un corrector del factor de potencia para mejorar la eficiencia de los motores de inducción de CA a mediados de la década de 1970. Se basa en la premisa de que los motores de inducción son ineficientes a menos de la carga completa. Esta ineficiencia se correlaciona con un factor de potencia bajo.

El factor de potencia inferior a la unidad se debe a la corriente de magnetización requerida por el estator. Esta corriente fija es una proporción mayor de la corriente total del motor a medida que disminuye la carga del motor. Con carga ligera, no se requiere toda la corriente de magnetización. Podría reducirse disminuyendo el voltaje aplicado, mejorando el factor de potencia y la eficiencia.

El corrector del factor de potencia detecta el factor de potencia y reduce el voltaje del motor, restaurando así un factor de potencia más alto y disminuyendo las pérdidas.

Dado que los motores monofásicos son aproximadamente de 2 a 4 veces más ineficientes que los motores trifásicos, existen ahorros potenciales de energía para los motores de 1 φ. No hay ahorros para un motor completamente cargado ya que se requiere toda la corriente de magnetización del estator.

El voltaje no se puede reducir. Pero hay ahorros potenciales con un motor que no está completamente cargado. Un motor nominal de 117 VCA está diseñado para funcionar a una velocidad tan alta como 127 VCA, tan baja como 104 VCA. Eso significa que no está completamente cargado cuando se opera a más de 104 VCA, por ejemplo, un refrigerador de 117 VCA.

Es seguro que el controlador del factor de potencia reduzca el voltaje de línea a 104-110 VCA. Cuanto mayor sea el voltaje de línea inicial, mayores serán los ahorros potenciales. Por supuesto, si la compañía eléctrica entrega cerca de 110 VCA, el motor funcionará de manera más eficiente sin ningún dispositivo adicional.

Cualquier motor de inducción monofásico sustancialmente inactivo, al 25% o menos, es un candidato para un PFC. Sin embargo, necesita operar una gran cantidad de horas al año. Y cuanto más tiempo esté inactivo, como en una sierra para madera, una prensa perforadora o un transportador, mayor será la posibilidad de pagar por el controlador en unos pocos años de funcionamiento.

Debería ser más fácil pagarlo por un factor de tres en comparación con el motor de 3 φ más eficiente. El costo de un PFC no se puede recuperar para un motor que opera solo unas pocas horas al día.

Resumen:motores de inducción monofásicos

• Motores de inducción monofásicos no son de arranque automático sin un devanado del estator auxiliar impulsado por una corriente fuera de fase de cerca de 90 ° . Una vez iniciado, el devanado auxiliar es opcional.
• El devanado auxiliar de un motor de condensador dividido permanente tiene un condensador en serie con él durante el arranque y el funcionamiento.
• Un motor de inducción de arranque por condensador solo tiene un condensador en serie con el devanado auxiliar durante el arranque.
• Un motor con condensador normalmente tiene un condensador electrolítico no polarizado grande en serie con el devanado auxiliar para el arranque, luego un condensador no electrolítico más pequeño durante el funcionamiento.
• El devanado auxiliar de un motor de fase dividida de resistencia desarrolla una diferencia de fase frente al devanado principal durante el arranque en virtud de la diferencia de resistencia.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de la teoría del motor de CA