MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA.

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MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA
LA CORRIENTE ALTERNA (C.A.)
La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo
es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten
tantas veces como ciclos por segundo (hertzios) posea esa corriente. No obstante, aunque se
produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al
positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente continua.
En Europa la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 V y tiene una frecuencia de 50
Hz.
La forma más común de generar corriente alterna es empleando grandes generadores o
alternadores ubicados en plantas termoeléctricas, hidroeléctricas o centrales atómicas.
La corriente alterna se representa con una onda senoidal.
F = frecuencia (ciclos/s = Hertzio Hz)
W = pulsación = 2πf
U = Umáx sen 2πft = Umáx sen wt
I = Imáx sen 2πft = Imáx sen wt
VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA
Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna, comparada con la corriente continua,
tenemos las siguientes:
Se transporta a grandes distancias con poca pérdida de energía.
Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de ciclos por
segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órdenes de
control a grandes distancias, de forma inalámbrica.
Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos y
fáciles de mantener que los de corriente continua.
1 ciclo
ó I(A)

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SISTEMAS MÁS EMPLEADOS DE CA:
Los sistemas más empleados para transporte y uso de la ca son:
Sistema monofásico.
En ese sistema se emplea una fase y un neutro (sistema bifilar), obteniéndose
tensiones de 220 V.
Sistema trifásico.
Sistema formado por tres fases de corrientes alterna y un neutro, de igual frecuencia y
valor eficaz, desfasadas entre si 120 grados.
Esto permite tensiones de 220 V (entre fase y neutro) y de 380 V (entre fases).
Variación de la tensión en la corriente alterna trifásica
Los colores que según la normativa se emplean en los cables son:
Fases negro o marrón
Neutro N azul claro
Toma tierra rayas verde/amarilla
POTENCIA EN CA:
Potencia activa: P = U.I.cos φ (w) = S cos φ
Potencia reactiva: Q =U.I.sen φ (VAr) =S sen φ
Potencia aparente: S = U.I (VA)
Factor de potencia = cos φ
Potencia activa
Es la potencia que representa la cantidad de energía eléctrica que se va a transformar en
trabajo. Aplicando un rendimiento dará la potencia útil.
Se designa con la letra P y se mide en vatios (W).
La potencia activa (absorbida) es debida a los elementos resistivos.
R
S
T

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Potencia reactiva
Es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los
motores y transformadores: Esta potencia sólo aparecerá cuando existan bobinas o
condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no
produce trabajo útil.
Se mide en voltamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q.
Esta potencia es debida únicamente a los elementos reactivos.
Potencia aparente
La potencia aparente de un circuito eléctrico de corriente alterna es la suma vectorial de la
energía que consume dicho circuito en forma de calor o trabajo y la energía utilizada para la
formación de los campos eléctricos y magnéticos de sus componentes.
Esta potencia ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos y también la
que van a "almacenar" bobinas y condensadores. Se la designa con la letra S y se mide en
voltiamperios (VA).
Relación entre potencias activas, aparentes y reactivas
S2
= P2
+ Q2
Factor de potencia
El factor de potencia se define como el cociente de la potencia activa entre la potencia
aparente; esto es:
Cos φ = 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.
MOTORES DE CA TRIFASICOS
Se utilizan en la mayor parte de máquinas industriales.
Están constituidas por el estator y el rotor.
Estator: parte fija formada por una corona de chapas de acero
aisladas provistas de ranuras, donde se introducen 3 bobinas
inductoras, cuyos extremos van conectados a la red.
Rotor: parte móvil situada en el interior del estator, formado por chapas magnéticas
aisladas y ranuradas exteriormente. El bobinado del rotor puede estar de dos formas:

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Rotor de jaula de ardilla: en las ranuras se
encuentra el inducido en cortocircuito. El devanado
se compone de una serie de conductores metálicos
ensamblados en dos coronas metálicas.
El rotor va montado sobre un eje.
Rotor bobinado: los devanados del rotor son similares a los
del estator con el que está asociado. Estos devanados están
conectados a anillos colectores montados sobre el mismo eje.
Estator y rotor, tienen el mismo número de pares de polos.
La separación de aire entre el estator y el rotor se llama entrehierro.

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FUNCIONAMIENTO:
El motor se conecta a CA trifásica. Pero la corriente circula exclusivamente por las bobinas
inductoras del estator. Esto genera un campo magnético giratorio (en CC es lineal).
Como consecuencia del campo magnético giratorio en los conductores del rotor se inducen
corrientes eléctricas. Estas corrientes interactúan con el campo magnético del estator,
provocando fuerzas electromagnéticas que dan lugar al
par motor que obliga a girar al rotor.
El Campo magnético giratorio se obtiene con tres devanados
desfasados 120º (acoplados en estrella o triángulo) y
conectados a un sistema trifásico de c. a.
VELOCIDAD DE GIRO:
Hay dos velocidades de giro, la del campo magnético y la del rotor.
Velocidad de giro del campo magnético o velocidad síncrona:
p
f
n
60
1 =
f = frecuencia de corriente (Hz)
p = nº de pares de polos del motor
Velocidad de giro del rotor: (sino no hay giro)
Deslizamiento absoluto: 21 nnD −=
Deslizamiento relativo: (%)100
1
21
n
nn
d
−
=
CONEXIÓN Y ARRANQUE DEL MOTOR:
Para arrancar el motor hay que conectar entre sí las tres bobinas inductoras del estator, y
efectuar la conexión a la red.
La conexión puede ser con arranque directo en estrella o en triángulo.
Al principio o fin de cada bobina se le llama con las letras U, V, W. Y al
final con X, Y, Z.
12
12
nn
nn
<
≠
V W
Z
U
X Y

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Conexión en estrella:
Se conectan los extremos iniciales de cada bobina a la red (U-V-W) y los extremos finales (X-Y-
Z) entre sí.
UL= 3 Uf
IL= If
La potencia en trifásica es: P = 3 Uf.If.cos φ = S cos φ (w)
Q =3 Uf.If..sen φ =S sen φ (VAr)
S = 3 Uf.If. (VA)
La potencia en una conexión en estrella es: : P = 3 UL.IL.cos φ = S cos φ (w)
Q = 3 UL.IL..sen φ =S sen φ (VAr)
S = 3 UL.IL. (VA)
Cos φ = P / S
Conexión en triángulo:
Se conectan el extremo final de cada bobina con el inicial de la siguiente y después los tres
extremos iniciales a la red.
UL= Uf
IL= 3 If
La potencia en trifásica es: P = 3 Uf.If.cos φ = S cos φ (w)
Q =3 Uf.If..sen φ =S sen φ (VAr)
IL
IL
IL
UF
UF
UL
Z Y
X
WV
T
R
S
U
UL
UF U V W
X Y Z
R S T
Caja de bornas
IL
U
IL
IL
IF IF
UL
Z
Y
X
W
V
T
R
S
UL IF
U V W
X Y
R S T
Caja de bornas
Z

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S = 3 Uf.If. (VA)
La potencia en una conexión en triángulo es: : P = 3 UL.IL.cos φ = S cos φ (w)
Q = 3 UL.IL..sen φ =S sen φ (VAr)
S = 3 UL.IL. (VA)
Cos φ = P / S
Pérdidas de potencia:
Pérdidas en el cobre: debidas al efecto Joule
En los conductores del estator: Pcuex = 3. Rex.(Iex)2
En los conductores del rotor: Pcui = 3. Ri.(Ii)2
Pérdidas en el hierro: PFe debidas a las pérdidas por corrientes de Foucault.
Pérdidas mecánicas: Pm
Pu= Pab- pérdidas
El rendimiento ᶯ = Pu/Pab
Aplicaciones:
Son sencillos y robustos
Pueden arrancar a plena carga (elevado par motor)
Buen rendimiento
Se usan en instalaciones industriales de gran potencia.
Cambio de sentido de giro:
Se consigue variando la rotación del campo magnético. Para ello se necesita cambiar la
polaridad de dos de sus fases.
PROCEDIMIENTOS DE ARRANQUE DEL MOTOR:
El reglamento REBT regula según la potencia del motor, qué motores deben estar provistos de
dispositivos de arranque que impidan intensidades de arranque muy elevadas. Limita además
que la máxima caída de tensión en la red no debe superar el 15% durante el arranque.
Se exige también contar con mecanismos que protejan de sobrecargas y sobreintensidades.
Arranque directo: para P< 5,5 kw
Se dice que un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se aplica directamente la
tensión nominal a la que debe trabajar.
La intensidad de arranque será entre 3 y 8 veces la intensidad nominal. Su principal ventaja es
el elevado par de arranque, que será entre 1 y 1,5 veces el par nominal.
El arranque directo puede ser en estrella o en triángulo. Consiste en cerrar un contactor
(generalmente asociado a un relé).

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Mientras el motor está funcionando queda
protegido contra sobrecargas por un relé térmico
RT y contra cortocircuitos por fusibles F.
M
R
S
T
F
KM1
RT
IF
IF
XV
U
IF
Z
Y
W
UL
UL
S
T
F
RT
KM1
IL
UFUF
Z
Y
X
V
U
UF
W
IL IL
UL
UL
S
T
F
RT
IL
U
IL IL
KM1
Arranque directo en estrella
Arranque directo en triángulo

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Arranque estrella / triángulo: para P> 5,5 kw
Para motores de alta potencia y preparados para conexión en triángulo, se utiliza un arranque
transitorio en estrella.
Este método se basa en disminuir la tensión aplicada al estator y así se consigue disminuir la
corriente absorbida de la línea y el par.
En el arranque los devanados del estator tendrán una tensión UL/ 3 = Uf
Se arranca el motor en estrella a tensión reducida Uf = UL/ 3 (contactores KM1 y KM3
cerrados, KM2 abierto). Una vez que el motor alcanza el 80% de su velocidad nominal se
desconecta la conexión en estrella y se conecta en triángulo (contactor KM3 abierto y se cierra
KM1 y KM2).
La intensidad de arranque se reduce de 1,5 a 2 veces la intensidad nominal.
MOTORES DE CA MONOFÁSICOS
Se utilizan para aplicaciones de muy baja potencia (de hasta 1CV), electrodomésticos y
pequeñas máquinas-herramientas.
Este tipo de motor es similar al trifásico con rotor de jaula
de ardilla, con la diferencia que su estator está constituido
UL
UL
S
T
F
RT
ZYX
VU W
KM1
KM2 KM3
Estrella Triángulo

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por una sola bobina por lo que el campo magnético que se produce no es giratorio. Esto hace
que no sean capaces de ponerse en funcionamiento sólos, necesitando un bobinado auxiliar
para empezar a girar.
POTENCIA EN CA MONOFASICA:
Potencia activa: P = U.I.cos φ (w) = S cos φ
Potencia reactiva: Q =U.I.sen φ (VAr) =S sen φ
Potencia aparente: S = U.I (VA)
MOTORES UNIVERSALES
Pueden conectarse a CC o CA monofásica. Su constitución es similar a un motor serie de CC.
Tienen elevado par de arranque, por lo que pueden conectarse a plena carga.
Su velocidad de giro se adapta a la carga.
Se utilizan en pequeñas máquinas-herramientas (taladros portátiles, etc.) y en
electrodomésticos de tamaño medio.
Una variante de este tipo de motores es el motor universal con imán permanente. En lugar
de bobinas inductoras lleva un imán permanente que es el encargado de crear el campo
magnético necesario.