Motor de polos de sombra

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Motores Monofásicos de Polos Sombreados
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCRICA Y
ELECTRÓNICA
HUANCAYO- PERÚ
2017
PRESENTADO POR:
Campos Damian Mijael Raul
Hidalgo Hilario Nilo Kelvin
Hinostroza Meza Angel Clif
Rodrigues Cristobal Christian Jharol
Ramos Yangali Jhon
ASIGNATURA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS III
CATEDRÁTICO: Ing. Efraín De la Cruz Montes

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INTRODUCCION
Los motores de inducción hoy en día muy usados en diferentes aplicaciones de la industria
debido a su efectividad y gran aporte a la conversión de energía eléctrica en mecánica capaz de
realizar operaciones importantes para la industria.
Sin embargo cabe resaltar que existe una gran variedad de motores de inducción pero
específicamente lo que se está estudiando son los motores de polos de sombra los cuales son
motores monofásico de inducción; ¿pero son estos motores de gran potencia?, ¿a qué se debe
que se llamen polos de sombra?, ¿cómo funciona este motor?
Estas incógnitas que se generan son contestadas en esta monografía e incluso se da a conocer
la variación de velocidad, principio de arranque, aplicaciones prácticas e inversión del sentido
de giro.
Esperando sea de mucha ayuda este trabajo monográfico ya que es presentado en la mejor
manera posible.
LOS ESTUDIANTES

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INDICE
MOTORES MONOFASICOS DE POLOS DE SOMBRA…………………………………………………..4
 Características………………………………………………………………………………………….4
 Tipos………………………………………………………………………………………………………..5
 Partes del motor ……………………………………………………………………………………..5
 Principio de funcionamiento…………………………………………………………………….5
APLICACIONES PRACTICAS……………………………………………………………………………………….6
 Uso……………………………………………………………………………………………………………..7
 Ventajas……………………………………………………………………………………………………...7
 Desventajas…………………………………………………………………………………………………7
ARRANQUE DE MOTOR DE POLOS SOMBREADOS……………………………………………………9
PRINCIPIO DE LA INVERSION DE GIRO…………………………………………………………………….11
VARIACION DE LA VELOCIDAD………………………………………………………………………………..13
 Circuito regulador de potencia…………………………………………………………………..13
 Funcionamiento…………………………………………………………………………………………16
CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………17
BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS………………………………………………………………………………..18

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MOTOR MONOFASICO DE POLOS DE SOMBRA
Un motor de polos sombreados es básicamente un pequeño motor de jaula de ardilla en
el que el devanado auxiliar se compone de un anillo de cobre o una barra que rodea una
porción de cada polo. Este devanado auxiliar de una sola vuelta se denomina bobina de
sombra. Corrientes inducidas en esta bobina por el campo magnético crean una segunda
fase eléctrica al retrasar la fase de cambio de flujo magnético para que el polo suficiente
para proporcionar un 2-fase de campo magnético giratorio. El sentido de giro es desde el
lado sin sombra para el lado sombreado del poste. Puesto que el ángulo de fase entre las
secciones sombreadas y no sombreadas es pequeño, motores de espira de sombra
producen sólo una pequeña par de arranque con respecto al par de torsión a toda
velocidad. Sombra polos motores del tipo asimétrico mostrado sólo son reversibles
mediante desmontaje y mover de un tirón en el estator, aunque algunos motores de
aspecto similar tienen pequeñas bobinas auxiliares de conexión shortable de alambre fino
en lugar de barras de cobre de espesor y pueden revertir eléctricamente. Otro método para
revertir eléctrica comprende cuatro bobinas.
La forma común, asimétrica de estos motores tienen un solo devanado, sin condensador
de partida ni bobinados/interruptor de arranque, haciéndolos económico y confiable.
Tipos modernos más grandes y pueden tener múltiples devanados físicas, aunque
eléctricamente sólo uno, y un condensador pueden ser utilizados. Debido a que su par de
arranque es baja, que son los más adecuados para los fans u otras cargas que se inician
fácilmente conducir. Pueden tener varias líneas de retardo cerca de un extremo del
devanado eléctrico, que proporciona velocidad variable y la potencia a través de la
selección de un grifo a la vez, como en ventiladores de techo. Por otra parte, son
compatibles con los controles de velocidad variable basados en TRIAC, que a menudo se
utilizan con ventiladores. Se construyen en tamaños de potencia de hasta
aproximadamente 1/6 hp o 125 watts de salida. Para motores más grandes, otros diseños
ofrecen mejores características.
Características del motor monofásico espira en corto
1. Son motores de baja potencia.
2. Funcionan sólo con corriente alterna.
3. La espira en corto ocupa 1/3 del polo saliente.
4. La posición de la espira determina el sentido de giro del rotor.
5. Las espiras en los polos, guardan un desfase de 180 grados.
6. Generalmente no utiliza sistema de enfriamiento.
7. La velocidad se puede variar, variando la resistencia de la bobina polar.

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Tipos
Motor de inducción de jaula de ardilla: El tipo más común de motor de polos sombreados
en el uso de potencia fraccionaria es el motor de inducción de jaula de ardilla. Esto tiene
un rotor que consiste en un cilindro de acero laminado con cobre conductora o barras de
aluminio embebidos longitudinalmente en su superficie, conectados en los extremos
A pesar de estas desventajas, cuando su aplicación es apropiada, las ventajas pueden ser
mayores que las desventajas.
Partes de un motor de polos de sombra
–
 El estator: Está formado por un núcleo de chapas magnéticas. Entre la cara del polo
tiene incrustadas las espiras en corto circuito, y sobre el núcleo la bobina polar
inductora. Ver el diagrama abajo.
 El rotor: Es del tipo de jaula de ardilla.
 Espiras de Frager: Son espiras de cobre en cortocircuito, colocadas a 180 grados.
Este motor eléctrico monofásico tiene un rendimiento muy bajo, por lo tanto se
construyen para potencias muy bajas.
Principio de funcionamiento del motor espira en corto

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El motor con espira de arranque es básicamente un motor que está formado por
un estator con un núcleo de polos salientes y el rotor de tipo jaula. Este motor no lleva
bobinado auxiliar; en su lugar tiene un par de espiras en cada polo formadas por unos aros
de cobre en cortocircuito que cubren una porción de cada polo; se llaman espiras de
arranque y están en oposición de fase, a 180º una respecto de la otra.
Al aplicar una tensión eléctrica alterna se genera un campo magnético de distinta fase a
lo largo del interior del núcleo ferromagnético. La fase del campo generado en la parte
del núcleo donde están las espiras en cortocircuito, es distinta de la del campo generado
en el lado donde no hay espiras. La diferencia no llega ni a 90º pero es suficiente para que
el flujo magnético adquiera una cierta inclinación que, al pasar a través de los polos del
rotor, genera un par lo bastante fuerte como para hacerlo girar.
El sentido de rotación es desde el lado sin bobina en cortocircuito hacia el lado con bobina
en cortocircuito. Teniendo en cuenta que la diferencia del ángulo de fase entre las
secciones con espira y sin espira es pequeño, se puede cambiar mediante la inversión de
la posición del circuito magnético del estator. La velocidad de giro del motor dependerá
del número de polos y de la frecuencia de la corriente alterna aplicada.
APLICACIONES PRÁCTICAS
El motor de polos sombreados o de polos sombra es un tipo de motor monofásico con
características constructivas particulares que lo hacen especialmente apto para
aplicaciones de bajo costo, tales como pequeños ventiladores, mecanismos de relojería,
aparatos de uso médico y electrodomésticos.
El circuito magnético de esta máquina puede asimilarse al de un transformador
monofásico de columnas (fig. 1) o al de un transformador acorazado (fig. 2), en el cual se
intercala un rotor de jaula de ardilla convencional y que se energiza con un arrollamiento
concentrado sencillo. Este último es el modelo que se estudia.
El bobinado de arranque está constituido por espiras de sombra alojadas a los costados de
las expansiones polares, que son de muy baja impedancia y constan de un alambre de
cobre cortocircuitado.
Los principios de funcionamiento de estas máquinas son bien conocidos y están
ampliamente documentados en tratados especializados. El arranque y el sentido de giro
se producen por la interacción entre el campo principal y el campo de las bobinas de
sombra.

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Fig. 1. Motor con circuito magnético tipo Fig. 2. Motor con circuito magnético tipo
monofásico de columnas monofásico acorazado
Cabe destacar que la sencillez de su construcción y su reducida cantidad de material
activo lo convierten en el motor de inducción de menor costo, lo cual induce a la industria
a implementarlo en la mayor cantidad posible de aplicaciones.
Uso
Este tipo de motores es usado en casos específicos, como el de accionamiento de
ventiladores o sopladores, que tienen requerimientos de potencia muy bajos. Su rango de
potencia está comprendido en valores desde 0.0007 hasta 1/4 HP y la mayoría se fabrica
en el rango de 1/100 a 1/20 de HP.
Ventajas
La principal ventaja de estos motores es su simplicidad de construcción, su confiabilidad
y su robustez, además, tienen un bajo costo. A diferencia de otros motores monofásicos
de C.A., los motores de fase partida no requieren de partes auxiliares (capacitores,
escobillas, conmutadores, etc) o partes móviles (switches centrifugados). Esto hace que
su mantenimiento sea mínimo y relativamente sencillo.
Desventajas
Las principales desventajas de los motores de polos sombreados son:
 Tienen un par de arranque muy bajo
 Su eficiencia es muy baja, por ejemplo, un motor de 1/20 HP tiene una eficiencia
del orden del 35%, para motor más pequeño, puede llegar a ser hasta del 5%
 Su factor de potencia es muy pobre.

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A pesar de estas desventajas, cuando su aplicación es apropiada, las ventajas pueden ser
mayores que las desventajas.

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ARRANQUE DE MOTOR DE POLOS SOMBREADOS
Para arrancar este motor no se necesitan condensadores, ni devanados, ni interruptores de
arranque como se vio en los anteriores motores, esto resulta muy económico.
El rotor es de jaula de ardilla y el estator de polos salientes. Las piezas polares del estator
están divididas en dos partes, de las cuales una de ellas dispone de un anillo de cobre que
lo rodea de forma transversal denominado tira o espira sombra.
Como se ha mencionado, el motor de inducción de polos sombreados es un motor
monofásico, que usa como método para arrancar la rotación del rotor. El efecto de un
campo magnético móvil es producido por la construcción del estator en una forma muy
especial.
La porciones de las superficies de la pieza polar están rodeadas por una espira gruesa de
cobre denominada” la bobina de sombra”. La espira de cobre produce que el campo se
mueva hacia otras y pase a través de la cara de la pieza polar.
Pese a que este motor cuenta con un único devanado estatórico, se considera auto
arrancable por contar con sendos anillos cortocircuitados, que sirven para proporcionar la
fase auxiliar del flujo de excitación principal, basada en el principio de inducción de
Faraday-Lenz.
Las corrientes inducidas en la bobina de sombreado hacen que el flujo en la parte
sombreada del polo se retrase con respecto al flujo de la otra parte.

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El resultado es similar a un campo rotatorio que se mueve en la dirección de la parte no
sombreada a la parte sombreada del polo; se inducen corrientes en el rotor de jaula de
ardilla y se produce un bajo par de arranque.
Este tipo de motor cuenta con una pequeña espira cortocircuitada situada en cada uno de
los polos salientes del estator, sobre una hendidura realizada en ellos. Al conectar a la red
alterna el devanado del estator se induce una pequeña corriente en la espira que provoca
distorsiones en el campo magnético y de esta manera desencadena el arranque del motor.
Así, la corriente inducida sobre ella desfasa el flujo, atrasándolo lo suficiente para crear
un campo giratorio capaz de arrancar y hacer girar el rotor.

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PRINCIPIO DE LA INVERSIÓN DE GIRO
Este tipo de motores no está diseñado para que el sentido de giro pueda ser modificado,
pero este se puede modificar con unos simples cambios en el motor. Como ya se sabe
debido al diseño del estator, el motor de polos sombreados solo podrá girar en un sentido
el cual es el horario. Entonces, la modificación necesaria para que gire en sentido
contrario se explica a continuación.
- El motor funcionando como se muestra en la figura, tendrá el sentido de giro
horario por el principio de funcionamiento ya explicado anteriormente.
- Entonces, es necesario desmontar el rotor, tal y como se muestra en la figura, de
modo que se coloque posteriormente en una posición inversa a la normal.
- A continuación, se puede observar el estator al revés, lo cual dará el mismo
resultado que montar el rotor al revés.

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- Finalmente, tenemos el motor con el estator al revés o el rotor montado al revés, el
fin de este montado es que el sentido de giro sea antihorario. Lo cual se logra
fácilmente con los puntos ya mencionados.

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VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD
Este tipo de motores se diseñan para una velocidad fija de rotación, la velocidad de giro
de un motor monofásico es directamente proporcional al valor medio de la corriente que
lo atraviesa en cada semiciclo. Lo único que se debe hacer para regular su velocidad es
poder conectarlo con un desfasaje que va desde 0 grados para la velocidad máxima hasta
90 grados para la mínima. Como esto resultaría imposible de lograr con un dispositivo
mecánico que conecte y desconecte el motor, se utiliza el triac. De esta forma se hace
posible conectarlo con el defasaje temporal requerido y no necesitamos de un dispositivo
de desconexión, ya que este semiconductor corta el suministro de corriente cada vez que
la tensión de línea cruza el eje imaginario de los 0 V.
CIRCUITO REGULADOR DE POTENCIA

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 Fuente 220VAC
 motor 220VAC
 Potenciómetro 10kΩ
 Resistencia 330Ω
 2 Capacitores 150nF x 400V Poliester
 DIAC V413M o equivalente
 TRIAC TIC226D o equivalente
Lo único que se necesita es disparar al triac en fase con la línea y para ello tomamos la
tensión de control desde la misma línea por medio del divisor reactivo formado por R2,
P1 y C2; de la unión de R1 con C2 se toma la tensión que ha de disparar al triac, para ello
los capacitores C1 y C2 han de cargarse a un nivel de tensión mayor al del disparo del
DIAC (30 V).
Actuando sobre P1 se logra que la reactancia del capacitor se vea disminuida con respecto
a la serie P1-R2, por lo tanto, para llegar a almacenar los 30 V en C1 y C2, la tensión de
línea deberá aproximarse a su pico de tensión, con lo cual se produce el desfasaje y por
consiguiente la reducción en la velocidad del motor.
El circuito soporta una carga máxima de 5000 W. En caso de potencias mayores (hasta
10000 W), se deberán estañar las pistas de las plaquetas, reemplazar a TIC1 por un BTB
41-400 aumentando la superficie del disipador. También es conveniente que L1 se
construya con alambre más grueso. El interruptor se agrega para aumentar la vida útil del
TIC, y se agrega un fusible por protección. Su valor depende del máximo consumo a
utilizar. Este valor se determina mediante la fórmula (A= W / 220 V) El DIAC no tiene
polaridad.
Resistencias. Las resistencias son unos elementos eléctricos cuya misión es dificultar el
paso de la corriente eléctrica. Su característica principal es su resistencia óhmica, aunque
tiene otra no menos importante que es la potencia máxima que pueden disipar.

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Condensadores. Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar
energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas
(generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico.
Triac. Es un dispositivo que se utiliza en corriente alterna, con la particularidad de que
conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de tención o al disminuir
la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El triac puede ser disparado
independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de
puerta positiva o negativo.
Donde:
A2=Ánodo 2
A1=Ánodo 1
G= Puerta de cebado o disparo
El diac. Es un dispositivo semiconductor que se utiliza en corrientes alternas su
componente es como un diodo, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos.
El cebado del dispositivo se produce cuando entre sus ánodos se alcanza unos 30 voltios.
Debido a su comportamiento bidireccional y a su bajo valor de tensión de cebado, se suele
emplear como elemento de disparo de un tiristor o triac.

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Donde:
A2=Ánodo 2
A1=Ánodo 1
FUNCIONAMIENTO:
Cuando el triac conduce, circula la corriente de un ánodo al otro, dependiendo de la
polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es más positivo en A2, la
corriente circula de A2 a A1 en caso contrario fluye de A1 a A2. En ambos casos el triac
se comporta como un interruptor cerrado (cebado). Cuando el triac deje de conducir no
puede circular entre los terminales principales sin importar la polaridad del voltaje
externo aplicado por tanto actúa como un interruptor abierta.
Debe de tener en cuenta que si se aplica una variación de tensión importante entre A1Ya2
(dv7dt) aun sin conducción previa, el triac puede entrar en conducción directa.

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CONCLUSIONES
1. Los motores monofásicos de polos sombreados son muy utilizados en la industria
para la fabricación de electrodomésticos que no necesiten grandes potencias ya
que se concluye que el motor es de bajas potencias debido a la facilidad de su
construcción y funcionamiento.
2. Los devanados en corto circuito, llamados polos de sombra, son la parte
fundamental del giro del rotor ya que le dan dirección y la corriente necesaria para
crear el campo magnético y torque respectivamente.
3. La variación de velocidad está basada en la variación de a tensión de entrada ya
que es un motor de fácil aplicación solo se varia la tensión mediante
potenciómetros.
4. Para la inversión de giro se usó componentes de la electrónica de potencia como
los triacs, diacs y otros, estos dieron la facilidad de armar un circuito electrónico
que nos facilita dicho recurso.

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BIBLIOGRAFIA
1. Stephen J. Chapman, MAQUINAS ELECTRICAS – Quinta Edicion
2. Fraile Mora, MAQUINAS ELECTRICAS
3. https://www.ecured.cu/Motor_de_polos_sombreados
4. https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_con_espira_de_arranque
5. http://electronicagrupo2.blogdiario.com/1403649731/motores-de-polos-
sombreados/

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