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1- Presenta: Ing. José Alberto Caballero Zúñiga

Motors Products Manager

MOTORES ELECTRICOS

PRINCIPIOS Y DEFINICIONES

ABB Automation

TechnologyAutomation Products

Drives, Motors & Machines

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ATAPABB Motores Eléctricos.

MOTORES ELECTRICOS

PRINCIPIOS Y DEFINICIONES

I Motores Eléctricos Clasificación General

II

III

IV

Motores de Corriente Alterna Principios

de Operación.

Motores de Corriente Directa, Principios

de Operación.

Conceptos y definiciones

Pág.

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V Tipos de Montaje, Métodos de Enfriamiento y

Tipos de Protección IP20

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ATAPI. Motores Eléctricos Clasificación Gral.

I. Motores Eléctricos Clasificación General.

De acuerdo a la Corriente de

Operación los Motores se

Clasifica en :

1.a. Corriente Alterna

b. Corriente Directa

2Los Motores de Corriente Alterna

( C.A. ) pueden ser:

a. De Inducción ( Asíncronos )

b. Síncronos

a. Rotor Jaula de Ardilla

b. Rotor Devanado

c. Rotor Sólido

3 Los Motores de Inducción Pueden ser.

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ATAPI. Motores Eléctricos Clasificación Gral.

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Los Motores Tipo

Jaula de Ardilla

de velocidad múltiple

pueden ser:

a. De un

Devanado

b. De varios

Devanados

Los Motores de

Corriente Directa

Pueden ser:

a. Par constante

b. Par variable

c. Potencia Constante

a. En derivación Shunt

b. En Serie

c. Conexión Compuesta ( Compound )

4Los Motores tipo Jaula de Ardilla

pueden ser:

a. Una velocidad

b. Velocidad Múltiple

c. Par normal

d. Alto par de arranque

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ATAP

1. MOTORES DE INDUCCIÓN

Corriente Alterna

II. Motores de C.A. Principios de Operación

a. MOTORES DE INDUCCIÓN

Este tipo de motores estan conformados de tres elementos

principales:

Estator ( Parte estática )

Rotor ( Parte Giratoria )

Escudos ó tapas.

En el estator se encuentra alojado un devanado trifásico de

C.A., el cual al ser energizado mediante corriente alterna, se

genera en él un campo Variable el cual induce al devanado del

Rotor, formandose en él otro campo magnético variable que al

interactuar con el campo del estator se genera el par de

fuerzas ( Par de Arranque ) necesarios para provocar el giro

del rotor. De esta manera se convierte la energía eléctria a

energía mecánica. Y por el principio de operación reciben el

nombre de Motores de Inducción.

b. MOTORES DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA

Reciben este Nombre debido a la construcción del devanado

del rotor el cual consiste de barras de materiales que pueden

ser de cobre, aluminio, tumbaga etc. que atraviezan a lo largo

al núcleo magnético del rotor y se encuentran unidos en sus

extremos a traves de anillos ( Anillos de Corto Circuito )

comúnmente del mismo material de las barras, Dando la

apariencia de una Jaula para Ardillas comúnmente conocidas.

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ATAPII. Motores de C.A. Principios de Operación

Estos motores son de costo / HP relativamente bajo, tienen

buen par de arranque y cierta capacidad de sobrecarga. Su

eficiencia es muy alta. En general son motores de velocidad

constante, en el sentido que el cambio en la carga no afecta la

velocidad en más de un 5%. Sin embargo este tipo de motores

tiene desventaja cuando se requiere control de velocidad, para

un control de velocidad del mismo es requrido adicional un

control inversor de frecuencia Drive.

c. MOTORES DE INDUCCION ROTOR DEVANADO (

Anillos Rozantes )

Los motores de rotor devanado difieren de los de Jaula de

ardilla únicamente por la construcción del Rotor, para ambos

tipos de motores el Estator es Similar. Estos motores tienen

instalado en el Núcleo magnético del rotor un devanado

trifásico similar al devanado del estator y estan provistos de

tres anillos rozantes que a traves de un sistema de escobillas

mantienen el contacto eléctrico al exterior. Estos motores

tienen adicional un banco de resistencias ( sólidas ó liquidas)

externas que al momento de arranque limitan la corriente del

devanado del rotor, cuando este ha alcanzado prácticamente

la velocidad nominal de giro, mediante un mecanismo externo

se cortocircuitan los anillos rozantes, operando ya como un

tipo jaula de ardilla. La aplicación y uso de estos motores se

destinan cuando se requieren de un Gran Par de Arranque.

Esto hace que tengan una menor eficiencia a carga plena y

una variación mayor de velocidad al presentarse cargas

variables. El principio de operación es del tipo Inducción.

1. MOTORES DE INDUCCIÓN

Corriente Alterna

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ATAP

2. MOTORES SINCRONOS

Corriente Alterna

a. MOTORES SINCRONOS POLIFASICOS

Estos motores se construyen con un estator devanado, similar al

tipo Jaula de Ardilla ó rotor devanado. Pero con un rotor de polos

que se excitan con corriente directa, desde un pequeño

generador en derivación autoexcitado montado sobre una

extensión de la flecha ó bien mediante una fuente externa de

corriente directa ( C.D. ). La corriente directa alimenta el campo

del rotor a través de las escobillas y un par de anillos rozantes

montados en el rotor, ó por medio de un alternador y un puente

rectificador montados en la misma flecha.

Los motores sincrónicos como tales no tienen par de arranque

por lo que es necesario emplear alguno de los métodos para

llevarlos cerca del sincronismo, el más usado consiste en proveer

en el núcleo magnético del rotor de un devanado tipo jaula de

ardilla. Este motor puede entonces arrancarse de la misma

manera que un motor de inducción, cuando está próximo a

alcanzar su velocidad sincrónica el campo de C.D. Del rotor es

exitado, despues el motor continúa su marcha hasta su velocidad

síncrona.

b. Este tipo de motor como su nombre lo indica, opera a una

velocidad promedio constante y absoluta sin ser afectado por la

carga, dentro de cierto límite.

II. Motores de C.A. Principios de Operación

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ATAPII. Motores de C.A. Principios de Operación

2. MOTORES SINCRONOS

Corriente Alterna

c. En estos motores el factor de potencia es variable y controlable,

haciendo cambios en la excitación de C.D. Cuando el Factor de

potencia es uno se dice que la excitación es normal. Una

sobreexcitación causará que el motor opere con factor de

potencia adelantado y viceversa.

d. Las ventajas de este motor y por las cuales se prefieren son las

siguientes:

- Se construyen con entrehierros amplios ( ventaja mecánica).

- Normalmente operan a eficiencias altas ( especialmente a

velocidades bajas y con factor de potencia unitario.

- Velocidad constante y absoluta.

- Posibilidad de ajustar el factor de potencia del motor a

cualquier valor.

e. Los motores Síncronos se usan en :

- Aplicaciones donde no existan arranques frecuentes, y se

requiera de velocidad constante.

- Donde la carga sea substancialmente constante

- Donde un alto factor de potencia ó corrección de éste sea

desable ó provechoso económicamente.

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ATAP

MOTORES DE

CORRIENTE

DIRECTA

a. MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA.

Este tipo de motores están conformados de :

* Estator ( Parte estática ) . Constituido por un envolvente culata ó

carcaza, un juego de polos magnéticos e interpolos, con devanados

para corriente directa en los mismos.

* Armadura ( Rotor ). Constituida por una flecha (Eje), núcleo magnético,

un devanado y un conmutador.

* Sistema de Porta-escobillas y escobillas

* Escudos ó Tapas.

El Funcionamiento de un motor de C.D. Se basa en el principio que

cuando un conductor por el que circula una corriente y se encuentra

dentro de un campo magnético, tenderá a desplazarse en sentido Normal

a las línes del Campo Magnético ( Ley de Biot y Savart ). La fuerza que

actúa sobre el conductor depende proporcionalmente de la densidad del

campo magnético, la intensidad de corriente que circula por él y de su

longitud expuesta al campo magnético.

Si en una espira de forma romboidal representando una bobina de la

armadura, circula una corriente y se encuentra dentro de un campo

magnético, se desarrollará un par de fuerzas en cada lado de la espira

de sentido contrario, que tenderá a hacerlo girar, produciendose así el

giro de la armadura.

El par de fuerzas se representa por la letra T y es igual al momento de

inercia debido a que tiende a producir rotación, de manera que la suma

algebraica del producto de cada una de las fuerzas por su distancia al eje

de giro ó sea su momento, se denomina “ Par “

T = F * d

III. Motores de C.D. Principios de Operación

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ATAP

Si en lugar de una bobina son varias dispuestas sobre la armadura de un

motor, por los que circula una corriente y se encuentran dentro de un gran

campo magnético, se desarrollará una fuerza F en cada lado de la bobina

del mismo valor pero de sentido contrario, que sumadas una a una se

obtiene como total un para de fuerzas resultante que tienden a hacer girar a

la armadura de sentido que depende de la dirección de la corriente en los

conductores de dichas bobinas.

La velocidad de giro de un motor de C.D. Esta determinada por la ec.

60 * circ.en paralelo del inducido E (fza contra electromotriz)

S = --------------------------------------------- * ------------------------------------

No.Polos * No.Conductores*10-8 Flujo Magnético

S = K * E / Fluj.Mag.

En estos motores los devanados del estator y armadura son excitados

mediante corriente continua. Y su velocidad se regula mediante el voltaje

aplicado a la armadura ó mediante la corriente de excitación de los campos

principales del Estator

III. Motores de C.D. Principios de Operación

MOTORES DE

CORRIENTE

DIRECTA

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ATAP

b. MOTOR EN DERIVACIÓN ( SHUNT ó PARALELO )

Recibe el nombre devido a la conexión del campo principal con respecto a la

armadura los cuales se conectan en paralelo ó bien mediante excitación

independiente.

La velocidad que adquiere el motor paralelo es casi constante si la corriente

de excitación permancece constante, en consecuencia la velocidad del

motor si la excitación es constante, depende exclusivamente de la corriente

de armadura.

Este motor se emplea cuando se requiere una velociadad prácticamente

constante y cuando por alguna razón llega a variar, se puede regular

mediante la corriente de excitación del campo principal.

c. MOTOR SERIE

El motor serie es aquel que su devanado de campo se conecta en serie con

el de la armadura. El devanado principal es relativamente de pocas espiras

y calibre suficiente para permitir que pase la corriente de régimen que

requiere el inducido ó armadura. Los motores serie normalmente trabajan

saturados, por lo que el campo magnético varía casi proporcionalmente a la

intensidad de la corriene, de manera que el par puede expresarse T= K I²

Kg-cm

La velocidad varía notablemente según el par y consecuentemente con la

corriente, de donde se dice que el motor serie es de velocidad muy variable

y que a medida que la velocidad disminuye por exceso de carga el par y la

corriente aumenta. En conclusión las características mas imortantes de este

motor son:

III. Motores de C.D. Principios de Operación

MOTORES DE

CORRIENTE

DIRECTA

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ATAPIII. Motores de C.D. Principios de Operación

* Gran par de arranque

* Gran aceleración

* Velocidad muy variable

* Para cargas, gran par y poca velocidad

* Para carga liviana, par pequeño y gran velocidad

d. MOTOR COMPUESTO ( COMPOUND )

Si al motor paralelo se le conecta otro devanado en serie, se convierte en

un motor compuesto. El devanado serie puede conectarse de manera que la

acción de su campo magnético se sume a la del devanado paralelo

(Compuesto integral), ó de manera que se resten ( Compuesto diferencial)

Tanto el motor integral como diferencial, son una combinación de las

características de los motores serie y paralelo, no desarrolla un par tan

grande como el motor serie ni tan bajo como el del motor paralelo, tampoco

varía demasiado su velocidad como lo hace el motor serie pero no es tan

constante como la del motor paralelo, se puede decir que sus característi-

cas son intermedias antre las del motor serie y las del motor paralelo.

Se emplea comúnmente cuando se trabaja con diferencias de cargas y

consecuentemente con velocidades diferentes en virtud de ser suceptible

de poder regular su velocidad por medio de la corriente de excitación del

devanado paralelo. Algunas de sus aplicaciones son en cizallas y diferentes

tipos de prensas así como en bandas transportadoras etc.

MOTORES DE

CORRIENTE

DIRECTA

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ATAPIV. Conceptos y definiciones

CONCEPTOS Y

DEFINICIONES

1. POTENCIA NOMINAL DEL MOTOR:

Es la potencia que puede entregar un motor bajo características de tensión, frecuencia,

velocidad, corriente y temperatura nominales, de acuerdo con los datos específicados en

la placa de datos del equipo. La potencia se mide en HP ( caballos de potencia ), KW

( kilo-watts ) y C.V. ( caballos de Vapor ), se pueden calcular mediante las siguientes

expresiones matemáticas.

a. Para motores de corriente alterna trifásicos:

WATTS = 1.732 * E * I * Eficiencia * f.p.

E = Voltaje de línea ( volts )

I = Corriente de línea ( Amperes )

f.p. = Factor de Potencia.

1 KW = 1000 Watts

1 HP = 746 Watts = 0.746 KW

1 C.V. = 735 Watts = 0.735 kw

b. Para motores de corriente directa.

Watts = E * I

2. EFICIENCIA

La eficiencia es la relación entre la potencia útil en la flecha del motor y la potencia entre-

gada por la línea. Para calcular la eficiencia de un motor de inducción, esencialmente se

procede del mismo modo que para un alternador, generador ó motor de corriente directa.

Es decir primero se determinan las diferentes pérdidas y luego se aplican, haciendo una

sumatoria. Generalmente se expresa en %.

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ATAPIV. Conceptos y definiciones

CONCEPTOS Y

DEFINICIONES

La ecuación para determinar la eficiencia es la siguiente:

Perdidas Watts

% eficiencia = ( 1 - ------------------------------------------ ) * 100

Watts salida + Watts perdidas

Para un motor de inducción de corriente alterna trifásico se puede calcular :

746 * H P

Eficiencia (p.u) = ------------------------------------------------------------ (en p.u.)

Volts * Amperes * Factor de potencia * 1.732

Existen tres clases de pérdidas en los motores de inducción.

- Pérdidas en el cobre del estator y del rotor

- Pérdidas en el hierro ( por histéresis y corrientes parásitas en el estator )

- Pérdidas por fricción del rotor en sus rodamientos y con el aire

Nota: Se hace notar que las pérdidas del hierro no son cargadas al rotor, la razón viene

siendo que la frecuencia del rotor es extremadamente baja, bajo condiciones normales

de operación y las pérdidas en el hierro son proporcionales al cuadrado de la

frecuencia.

3. FACTOR DE POTENCIA.

El factor de potencia de un motor de corriente alterna se define como la relación entre la

potencia activa en watts y la potencia aparente suministrada en VA ( volts * amper )

f.p. = cos ø = Watts / ( 1.732 * E * I )

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ATAP

CONCEPTOS Y

DEFINICIONES

IV. Conceptos y definiciones4. FACTOR DE SERVICIO

Es un factor que aplicado a la potencia nominal indica la sobrecarga contínua máxima

permisible que puede soportar el motor sin que exceda los límites de temperatura del

aislamiento especificado en placa de datos.

5. PAR MOTOR

Se llama par motor al desarrollado en el rotor, el cual se puede definir brevemente

como el agente que tiende a producir el giro del equipo. Normalmente se expresa en

lb-pies ( LB-FT), ó en Kg – metro, Newton-metro, y en motores pequeños está dado

en onzas-pulgada ( oz - in ). El par velocidad nominal se puede calcular como:

T = Par en lb-pie ó en Kg – metro

T = ( HP * 5250 ) / RPM = ( lb – pie )

T = ( HP * 726 ) / RPM = ( kg – m )

6. PAR A CARGA PLENA

Es el necesario para producir la potencia nominal a su velocidad especificada en la

placa.

7. PAR DE ARRANQUE

Es el par que debe desarrollar un motor para arrancar y corresponde al par mínimo con

el rotor frenado a velocidad cero, para varias posiciones angulares del mismo,

aplicando tensión y frecuencia nominal.

8. PAR MINIMO DE ACELERACION

Es el par mínimo desarrollado durante el periodo de aceleración, comprendido desde el

arranque hasta la velocidad en que el par máximo ocurre.

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9. PAR MAXIMO

El par máximo desarrollado bajo frecuencia y tensión nominales sin que suceda un

descanso marcado en la velocidad del motor.

10. CORRIENTE DE ARRANQUE ( A rotor bloqueado )

Es la corriente que toma el motor al arrancar y que corresponde a la del motor, cuando

el rotor esta frenado a velocidad cero, bajo tensión y frecuencia nominales.

11. LETRA CLAVE

Es una literal que aparece en la placa del motor para mostrar los KVA a rotor bloqueado

por HP

KVA de arranque por HP = (1.732 * E * I a rotor bloqueado) / ( 1000 * HP )

Letra Clave Nema KVA por HP rot.bloq. Letra Clave Nema KVA por HP rot.bloq.

A 0 - 3.15 L 9.0 - 10.0

B 3.15 - 3.55 M 10.0 - 11.2

C 3.55 - 4.0 N 11.2 - 12.5

D 4.0 - 4.5 P 12.5 - 14.0

E 4.5 - 5.0 R 14.0 - 16.0

F 5.0 - 5.6 S 16.0 - 18.0

G 5.6 - 6.3 T 18.0 - 20.0

H 6.3 - 7.1 U 20.0 - 22.4

J 7.1 - 8.0 V 22.4 AND UP

K 8.0 - 9.0

IV. Conceptos y definiciones

CONCEPTOS Y

DEFINICIONES

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ATAPIV. Conceptos y definiciones

CONCEPTOS Y

DEFINICIONES

12. VELOCIDAD ( REVOLUCIONES POR MINUTO RPM )

Para motores trifásicos de corriente alterna de inducción, la velocidad del campo

giratorio es inversamente proporcional al número de pares de polos y directamente

proporcional a la frecuencia ( f ) , por lo que podemos escribir por conveniencia con la

velocidad especificada en RPM.

RPM sincrona = ( 120 * f ) / P

f = fecuencia ( Hz )

P = Pares de polos

La ecuación anterior da la velocidad del campo y no la velocidad del rotor; el rotor

girará en un motor de inducción siempre a velocidad menor y su valor dependerá

siempre de la carga acoplada al motor y de su deslizamiento.

13. DESLIZAMIENTO

El deslizamiento de un motor de inducción es la diferencia que existe entre la velocidad

sincrona y la de funcionamiento con carga.

Como existe movimiento relativo entre el campo y el rotor y esto es necesario, debido a

que la energía en el rotor puede desarrollarse solo cuando los conductores del rotor

son cortados por las líneas de fuerza, bajo esta condición en el rotor se genera cierta

tensión ó voltaje. La diferencia entre la velocidad sincrona y la velocidad del rotor se

llama deslizamiento. Este se expresa generalmente en % de la velocidad sincrona.

RPMsincrona - RPMrotor

% S (deslizamiento) = ( --------------------------------------- ) * 100

RPM sincrona

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ATAPIV. Conceptos y definiciones

CONCEPTOS Y

DEFINICIONES

14. TIPO DE SERVICIO

De acuerdo al NTIE ( Norma Técnica de Instalaciones Eléctricas )

a. Servicio Continuo. Requiere el funcionamiento del motor con una carga

substancialmente constante por un tiempo largo indefinido.

b. Servicio de corto tiempo. Exige el funcionamiento del motor con una carga

susbstancialmente constante por un tiempo corto definido.

c. Servicio intermitente. Exige el funcionamiento por periodos alternados.

- Con carga y sin carga

- Con carga y desconectado

- Con carga, sin carga y desconectado

d. Servicio periódico. Operación intermitente en la cual las condiciones de carga son

regularmente recurrentes.

e. Servicio variable. Se caracteriza porque tanto la carga como los intervalos de su

duración pueden estar sujetos a variaciones considerables.

15. CLASES DE AISLAMIENTOS

Los sistemas de aislamiento que pueden operar a altas temperaturas, proporcionan una

alta confiabilidad para grandes periodos de operación, debido a que pueden resistir más

efectivamente el sobrecalentamiento, por sobrecargas de tiempo corto.

NEMA (MG 1-1.65 DE 1980 ) ha definido cuatro clases de aislamiento y son las

siguientes.

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ATAPIV. Conceptos y definiciones

CONCEPTOS Y

DEFINICIONES

CLASE TEMPERATURA del punto más caliente.

A 105 ° C

B 130 ° C

F 155 ° C

H 180 ° C

Debe tomarse en cuenta que éstos son valores máximos que soporta el aislamiento,

sin embargo dependiendo del motor existen variaciones de aplicación; así mismo

existen factores de corrección para temperaturas ambientes mayores de 40°C

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ATAP

TIPOS DE

MONTAJES

NORMA IEC

V. Tipos de Montajes

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ATAP

A = Foot mounted, terminal box on top (F0)

L = Foot mounted, terminal box LHS (F1)

R = Foot mounted, terminal box RHS (F2)

B = Footless frame, D-flange mounting

H = Foot and flange mounting, D flange, terminal box on top (F0)

S = Foot and flange mounting, D flange, terminal box LHS (F1)

T = Foot and flange mounting, D flange, terminal box RHS (F2)

NORMA

NEMA

V. Tipos de Montajes

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ATAPV. Métodos de enfriamiento

METODOS

DE

ENFRIAMIENTO

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ATAPV. Tipos de Protección IP

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ATAP

Por su valiosa atención

¡ GRACIAS !

ABB México, S.A. de C.V.

Blvd. Centro Industrial No. 12. Los Reyes Zona Industrial

54073 Tlalnepantla, Edo. De México.

Tel.. +52 55 5328 1400 ext. 3442, 3008, 3081 Fax. +52 55 5328 7467

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