1. MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN
Introducción .
Los motores monofásicos de inducción si bien no tienen representación a nivel industrial, si
que la tienen a nivel doméstico y en el sector servicios. Casi todos los frigoríficos y expositores
de frío comerciales de los supermercados están accionados por compresores cuyos motores
son monofásicos; lo mismo que las lavadoras domésticas; portones de garajes, etc.
Podemos considerarlos los hermanos pequeños del trifásico puesto que comparten con ellos la
sencillez del conexionado y el principio de funcionamiento; sin embargo no se pueden
comparar en rendimiento energético ni en potencia. Veremos en este tema los:
Motores de fase partida.
Motores de fase partida de arranque por condensador.
Motores con condensador de trabajo.
Motores de dos condensadores.
Motores de espira de sombra
Motores de fase partida .
Principio de funcionamiento .
En principio si partimos del concepto de motor de inducción y construimos un motor
monofásico de inducción con rotor de jaula de ardilla, obtendríamos una máquina cuya curva
de par sería la siguiente .
2. Resulta evidente que el motor no tiene par de arranque y por tanto no podría vencer en vacío
ni sus propios rozamientos. Esto es lógico porque un devanado monofásico recorrido por una
corriente alterna, no produce el campo giratorio necesario.
Entonces como producir un campo magnético giratorio a partir de una red monofásica ?
La respuesta es obtener un campo bifásico a partir de 2 devanados desfasados 90º en
el espacio y recorridos por corrientes también desfasadas 90º. Estos devanados se llaman:
Principal o de funcionamiento (RUN): ocupa 2/3 de las ranuras y presenta alta reactancia y
baja resistencia (Z muy inductiva).
Auxiliar o de arranque (START): ocupa 1/3 de las ranuras y presenta baja reactancia y alta
resistencia (Z poco inductiva).
3. Estos devanados se conectan en paralelo y se alimentan a la tensión de red (230 V),
obteniéndose un desfase entre las corrientes del orden de 30º y no de los 90º necesarios. Por
este motivo el campo giratorio se encuentra deformado, obteniendo un motor con muy bajo
par de arranque, mal rendimiento, par inestable ante variaciones de carga y altas vibraciones.
Se usan en frigoríficos domésticos de pequeña potencia.
Motores de fase partida de arranque por condensador .
Como acabamos de ver el motor de fase partida tiene muy poco par de arranque, lo que limita
muchísimo su utilización. La solución pasa por mejorar el campo giratorio y para ello las
corrientes de los devanados deben ser lo más parecidas posible en el arranque y estar
desfasadas en el arranque un valor próximo a 90º (90º sería ideal). Para ello podemos conectar
un condensador en serie con el devanado de arranque, de forma que la intensidad de este
devanado (IA) adelanta respecto a V y se desfasa mucho con respecto a IP. El par de arranque
aumentó notablemente y este motor se llama motor de fase partida con condensador de
arranque.
Una vez alcanzada la velocidad de régimen, el devanado auxiliar debe desconectarse mediante
alguno de los procedimientos que veremos en un apartado posterior.
4. En la siguiente figura puedes ver las curvas de par y la evolución del punto de funcionamiento
en un arranque.
5. Motor con condensador permanente o de trabajo .
Este motor presenta dos devanados iguales (igual resistencia), pero en unos de ellos se
conecta un condensador en serie, calculado para que en el punto nominal del motor, las
corrientes de los devanados sean los más parecidas posibles y su desfase sea próximo a 90º.
De esta forma el campo giratorio es casi perfecto y el motor se comporta a plena carga con un
par muy estable y un buen rendimiento.
Sin embargo en el arranque, la capacidad del condensador es insuficiente y el par de arranque
es bajo, luego este motor solo es de aplicación ante cargas de bajo par de arranque
(compresores de instalaciones frigoríficas con tubo capilar y bombas centrigugas de fluidos).
En la siguiente imagen puedes ver un circulador de ACS (bomba centrífuga) de la marca ROCA y
sus características técnicas.
6. En la siguiente figura puedes ver la curva de par de estos motores, observa el bajo par de
arranque.
En este motor ten en cuenta que el condensador de trabajo no se desconecta.
7. Motor con dos condensadores .
En aplicaciones más exigentes, en las cuales el par de arranque debe ser mayor, el
condensador deberá tener más capacidad para que el par de arranque sea el suficiente. Esto
se puede conseguir con dos condensadores:
Un condensador permanente siempre conectado en serie con uno de los devanados.
Un condensador de arranque, conectando en paralelo (la capacidad equivalente es la
suma de ambos) con el permanente en el momento del arranque, para aumentar la
capacidad, y que luego será desconectado.
La secuencia de funcionamiento:
1.- Se produce el arranque (punto 0) con ambos condensadores en paralelo (se suman las
capacidades) obteniendo alto par de arranque.
2.- Cerca del punto de funcionamiento del motor, se elimina el condensador de arranque
(punto 1).
3.- El motor evoluciona hasta el punto 2 solo con el condensador permanente.
8. De esta forma se consigue alto par de arranque, estabilidad en el par y buen rendimiento.
Para eliminar el condensador se utilizan, en función del tipo de motor:
Interruptores centrífugos: conforme la velocidad se aproxima a la nominal (un 80 %
aprox), abren un contacto desconectando el arranque .
Relés de intensidad (típicos de compresores de frío): la bobina del relé se conecta en
serie con el devanado principal. Cuando la intensidad se aproxima a la nominal (un 80
% aprox), significa que el motor ya esta “lanzado” y el contacto del relé se abre
desconectando arranque .
10. VENTAJAS DE MOTORES CON ARRANQUE POR CONDENSADOR
La ventaja del arranque por capacitor es su elevada cupla inicial mientras que el otro
mecanismo permite, invirtiendo la forma en que se efectúan las conexiones de las fases a la
red, invertir el sentido de giro del rotor, las figuras muestran, esquemáticamente, estas
conexiones.
Una vez que el motor está en marcha, la fase auxiliar puede desconectarse o no, el mejor
funcionamiento se logra cuando se la desconecta puesto que se deja trabajando solo al campo
principal que es el que desarrolla la potencia en el eje. Para desconectar la fase auxiliar puede
utilizarse un método manual o bien, lo que es más habitual, un método automático, el sistema
automático más utilizado es un interruptor que se acciona por fuerza centrifuga el cual se
ajusta de manera tal que sus contactos se abren cuando el rotor alcanza la velocidad adecuada
(el 75% de la velocidad nominal), otro sistema automático aprovecha el hecho de que la
corriente del estator disminuye a medida que el motor aumenta su velocidad (tal como se
describió para el motor trifásico), esta corriente actúa sobre un dispositivo electromecánico
(relé o contactor) que es el encargado de desconectar la fase auxiliar.
Motores de espira de sombra
Son motores de muy pequeña potencia cuyo uso es muy limitado. La interacción entre el
campo magnético pulsante principal y los campos creados por la corrientes inducidas en las
“espiras de sombra”, produce un débil y deformado campo giratorio, capaz de producir el
arranque del motor. El inducido es un pequeño rotor de jaula de ardilla .
11. Comparación entre motores monofásicos de inducción
Estabilidad del par a
Par de
plena carga y Rendimiento
arranque
vibraciones
Fase partida
Fase partida arranque
con condensador
Condensador
permanente
Condenador
permanente y de
arranque
Protección de los motores monofásicos
Protección frente a cortocircuitos
Al igual que en los motores trifásicos, debe realizarse mediante un interruptor
magnetotérmico convencional, en este caso de dos polos. No suelen utilizarse guardamotores.
12. Protección frente a sobrecargas
En motores pequeños (inferiores a 1 CV), es habitual que el fabricante incluya internamente un
bimetal de tal forma que por él circule la intensidad total del motor. Ante una sobrecarga el
bimetal desconecta al motor de la red. En la siguiente figura puedes ver la conexión del
bimetal (klixon) en un motor de fase partida de arranque por condensador. Obviamente debe
instalarse un magnetotérmico para proteger frente a cortocircuitos.
Para motores de mayor potencia, los fabricantes recomiendan utilizar relés térmicos
exteriores.
13. Protección mediante relé térmico exterior
Normalmente los relés térmicos se fabrican tripolares. Ante ausencia de intensidad en una fase
(una lámina bimetálica no se calienta), el mecanismo disparo se activa, produciendo la
desconexión del motor. Por tanto en motores monofásicos, para que las 3 láminas bimetálicas
tengan intensidad, debe de conectarse el térmico como indica la figura.
