EL MOTOR SERIE UNIVERSAL

EL MOTOR SERIE UNIVERSAL

Para algunas aplicaciones es deseable emplear un motor que pueda operar indistintamente con corriente continua o con corriente alterna, el llamado motor fraccionario del tipo serie, denominado UNIVERSAL, se construye para operar en forma satisfactoria, ya sea en corriente alterna a 60 Hz y 220 Voltios o bien con corriente continua.

El llamado motor universal es básicamente un motor devanado del tipo serie que opera aproximadamente la misma velocidad y potencia de salida, ya sea con corriente alterna o con corriente continua y aproximadamente el mismo voltaje. La armadura de un motor tipo universal es de la misma construcción que la de un motor ordinario tipo serie. En pequeño tamaño el voltaje inducido por la acción del transformador en una bobina durante el periodo de conmutación, no tiende a producir suficiente corriente como para producir algún problema serio de conmutación. Para auxiliar la conmutación, se usan escobillas de alta resistencia. En los motores grandes se usan devanados de compensación para mejorar la conmutación.

Este tipo de motor es sencillo en su construcción y menos caro que el tipo serie, se usa para pequeñas potencias (1/6 HP) y altas velocidades, por ejemplo ventiladores de mesa, aspiradoras, taladros portátiles, secadoras de pelo, extractores de aire, licuadoras, etc. Son conocidos también con el sobrenombre de motor monofásico en serie.

PARTES DEL MOTOR UNIVERSAL

Las partes de un motor universal son la carcasa, el estator y el rotor o inducido.
La carcasa generalmente de acero o de aluminio, tiene el tamaño necesario para mantener firmes las piezas del estator. Muchas veces no existe la carcasa como tal, puesto que el lugar de la herramienta al que va fijo el estator hace las veces de carcasa.
El estator o inducido consiste en un paquete de láminas circulares prensadas, fijadas con remaches, que en su interior tienen unos polos salientes con forma necesaria para recibir, generalmente, un solo par de bobinas inductoras.
El rotor, también llamado inducido en estos motores, consiste en un paquete de laminas de acero que forman el núcleo, con unas ranuras en las que se alojan varias bobinas, cuyos extremos van soldados a un colector.
El colector es una pieza circular, montada en el eje, hecha con numerosas laminas de cobre, llamadas delgas, aisladas unas de otras con una mica intermedias generalmente mas bajas que las delgas y aisladas también del eje.
Sobre el colector, cuya superficie es completamente lisa, van unas porta escobillas con sus respectivas escobillas de carbón o carbones, que permiten la conexión eléctrica en serie con el rotor o inducido que gira.

    

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS

• Funciona con corriente alterna y con corriente directa.
• Posee un par de arranque muy elevado.
• La velocidad es directamente proporcional a la corriente.
• Se utiliza en herramientas manuales, electrodomésticos.
• Para invertir el sentido de rotación, se invierte el sentido de la corriente en cualquiera de los bobinados. 

CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO:

• - En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas características.
•  - En corriente alterna se comporta de manera semejante a un motor serie de corriente continua. Como cada vez que se invierte el sentido de la corriente, lo hace tanto en el inductor como en el inducido, con lo que el par motor conserva su sentido.
• - Menor potencia en corriente alterna que en continua, debido a que en alterna el par es pulsa torio. Además, la corriente está limitada por la impedancia, formada por el inductor y la resistencia del bobinado. Por lo tanto habrá una caída de tensión debido a la reactancia cuando funcione con corriente alterna, lo que se traducirá en una disminución del par.
• - Mayor chispeo en las escobillas cuando funciona en corriente alterna, debido a que las bobinas del inducido están atravesadas por un flujo alterno cuando se ponen en cortocircuito por las escobillas, lo que obliga a poner un devanado compensador en los motores medianos para contrarrestar la fuerza electromotriz inducida por ese motivo.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El motor eléctrico universal basa su funcionamiento en la ley de Laplace.(Entonces se da el efecto Laplace (o efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento).  El bobinado inductor y el bobinado inducido están conectados en serie. Al ser recorridos por una corriente, el bobinado inductor forma el campo magnético y el inducido por la ley de Laplace, al ser recorrido por la corriente y sometido a la influencia del campo magnético inductor, se desplaza, dando origen al giro del rotor. Si aumenta el campo aumenta la fuerza, aumenta la velocidad. El campo magnético que produce la bobina inducida, provoca una deformación del flujo inductor llamada reacción del inducido. En Corriente alterna (CA) o en corriente directa (CD) el sentido se mantiene por la acción momentánea decada alternancia en particular. En CA produce una fuerza contra electromotriz por efecto transformador y por efecto generador. En CD sólo por efecto generador. 

REGULACIÓN DE VELOCIDAD EN EL MOTOR UNIVERSAL

Por Reóstato: Al variar la flecha del reóstato se varía la corriente en el motor.

Por conmutación de resistencias: Al variar la conexión (conmutar) entre los bornes numerados, se varía la resistencia y por ende la cantidad de corriente que se entrega al motor. A mayor resistencia menor corriente. 

UTILIZACIÓN

Este tipo de motor se puede encontrar tanto para una máquina de afeitar como para una locomotora, esto da una idea del margen de potencia en que pueden llegar a ser construidos. La velocidad cambia según la carga. Cuando aumenta el par motor disminuye la velocidad. Se suelen construir para velocidades de 3000 a 8000 r.p.m., aun que los podemos encontrar para 12000 r.p.m. Aplicaciones típicas de este motor son las aspiradoras eléctricas, los taladros y las herramientas manuales similares, así como los utensilios de cocina.

                                                   

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS MOTORES UNIVERSALES

Entre las ventajas de estos motores deben contarse éstas:

•  Que pueden construirse para cualquier velocidad de giro y resulta fácil conseguir grandes velocidades, cosa que no puede conseguirse con otros motores de c.a.
• Funcionan indistintamente con c.c. y/o con c.a.
• Poseen un elevado par de arranque.
• La velocidad se adapta a la carga.
• Para regular la velocidad de giro basta con conectar un reóstato (Componente eléctrico para regular la intensidad de la corriente sin necesidad de abrir el circuito y que consiste en una resistencia eléctrica que puede variarse a voluntad) en serie con el inducido.

Las desventajas de estos motores son:

• Que contienen elementos delicados que requieren una revisión periódica; es preciso entonces comprobar el desgaste del colector, de las escobillas, el envejecimiento de los muelles que las oprimen contra las delgas del colector, etc.
• El contacto deslizante entre colector y escobillas produce chispas que pueden perturbar el funcionamiento de los receptores de radio y de televisión que se encuentran en zona próxima al motor.
• Por causa de la gran velocidad de giro, estos motores son algo ruidosos.
• Su inducido es de difícil reparación, casi siempre resulta más ventajoso sustituirlo por otro nuevo.
• Los motores universales miniatura, como los que se utilizan en máquinas de afeitar y en juguetería, por ejemplo, tienen el inducido mucho más simple; casi siempre con tres bobinas arrolladas sobre núcleos en estrella. El colector, para que ocupe menos espacio, deja de ser de tambor para convertirse en un colector de disco.
• También el estator es muy simple, con una sola bobina.
• En algunos juguetes que funcionan con c.a. el inductor es de dos piezas, una de ellas es móvil. El movimiento de esta parte del inductor (que se produce siempre que se interrumpe la corriente) arrastra el dispositivo del cambio de marchas.

ESQUEMA DE UN MOTOR SERIE UNIVERSAL

 

EJERCICIO

Para reducir la velocidad de un motor serie universal bipolar de 127 V, 5000 r.p.m., 500 W, COS φ = 0,85 y rindiendo 0,58% a plena carga, se dispone en serie con el mismo una resistencia de 2,25 Ohm bajo la cual, manteniendo el mismo par resistente la tensión en bornes del motor se reduce a 100 V. El coseno φ en estas condiciones pasa a ser de 0,81.

Sabiendo que la resistencia óhmica total del motor es igual a 0,48 Ohm y admitiendo el motor no saturado y despreciable los flujos de dispersión, ¿Cuál será la nueva velocidad del motor?

Solución:

Corriente nominal del motor:   In = 500 / 127 x 0, 85 x 0, 58 = 8 A

Corriente del motor con la resistencia en serie: Is = 127 – 100 / 2,25 = 12 A

La relación entre las f.e.ms. Rotativas nominal y con la resistencia en serie, es igual a:  Ertn  / Erts = frn x Φdn / frs x Φds

Por otra parte al despreciar el efecto de la saturación se tiene:

Φdn  /  Φds  =  In  /  Is

Finalmente, al admitir nulas las reactancias de dispersión y despreciables las perdidas en el hierro, se deduce:

Er  =  U cosφ  –  Rt  x  I

En funcionamiento nominal: 

Ern = 127 x 0,85 – 0,48  x  8 = 104,11 V

Con la resistencia en serie:

Ers = 100 x 0,81 – 0,48  x 12  =  79,24 V

Al ser las frecuencias de rotación proporcionales a la velocidad en r.p.m., se tendrá:

104,11  /  79,24  = 5000  x  8  / ns  x  12

De donde: ns =  2537 r.p.m.

 COMPARACIÓN ENTRE LAS CARACTERÍSTICAS DEL BOBINADO DEL ESTATOR O CAMPO EN CORRIENTE ALTERNA Y CORRIENTE CONTINUA

La cantidad de espiras de campo es menor en el motor en serie de C.A. que en el motor en serie de C.C. para disminuir la reactancia del campo y hacer que circule la cantidad de corriente suficiente. Al disminuir la magnitud del campo se reduce el par motor por lo tanto los motores de C.A. en serie se fabrican para potencias menores de un caballo de potencia en frecuencia de 60 ciclos por segundo. Las características del motor en serie de C.A. no son similares a las del mismo tipo para C.C.

Es una máquina de velocidad variable, de baja velocidad para cargas grandes y de gran velocidad para cargas livianas. El par de arranque también es muy grande. Los motores en serie de fracciones de caballo se emplean para propulsar ventiladores, perforadoras eléctricas y otros aparatos pequeños.

El motor de C.A. en serie tiene las mismas características generales que el de C.C. en serie, se ha fabricado un motor en serie para ambas corrientes que se le llama "motor universal" y tiene gran aplicación en aparatos eléctricos pequeños. Los motores universales funcionan con menor rendimiento que los motores en serie de C.A. o C.C. puros y solo se hacen en tamaños chicos. Para invertir el giro de este motor se deben invertir las conexiones en la armadura.

BOBINADO DE COMPENSACIÓN

Los motores universales son motores en serie de potencia fraccional, de C.A., diseñados especialmente para usarse en potencial ya sea de C.C. o de C.A. Estos motores tienen la misma característica de velocidad y par cuando funcionan en C.A. o en C.C. En general, los motores universales pequeños no requieren devanados compensadores debido a que el número de espiras de su armadura es reducido y por lo tanto, también lo será su reactancia de armadura. Como resultado, los motores inferiores al 50% de caballo generalmente se construyen sin compensación. El costo de los motores universales no compensados es relativamente bajo por lo que su aplicación es muy común en aparatos domésticos ligeros, por ejemplo aspiradoras, taladros de mano, licuadoras, etc.

Los motores universales grandes tienen algún tipo de compensación. Normalmente se trata del devanado compensador del motor de serie o un devanado de campo distribuido especialmente para contrarrestar los problemas de la reacción de armadura.

Una característica importante de los motores serie de C.A. es el uso de motores compensadores para reducir la reacción de armadura. El medio más común para esta compensación implica incrustar devanados compensadores distribuidos en los polos del motor. Si el motor de serie de C.A. tendrá aplicaciones tanto con C.A. como con C.C., el devanado compensador se conecta siempre en serie con la armadura y se dice que el motor está compensado conductivamente. Si el devanado compensador está conectado en corto circuito sobre sí mismo, se dice que el motor está compensado inductivamente.

  

DETECCIÓN, LOCALIZACIÓN Y REPARACIÓN DE AVERÍAS EN MOTORES UNIVERSALES

Pruebas: Tanto el arrollamiento inductor como el del inducido deben verificarse detenidamente antes y después de su montaje. El arrollamiento inductor se comprobará en busca de contactos a masa, cortocircuitos, interrupciones e inversiones de polaridad. No hay que olvidar que antes de rebobinar un inducido hay que verificar el colector en busca de posibles delgas en cortocircuito o contactos a masa.

Reparación: Las averías que pueden presentarse en los motores universales son las mismas que ocurren en los de motores de corriente continua. 

A continuación, se enumeran las más corrientes:

1. Si se producen chispas abundantes en funcionamiento, las causas pueden ser:

• Terminales de bobinas conectados a delgas que no corresponden.
• Polos inductores con cortocircuito.
• Interrupción en las bobinas del inducido.
• Cortocircuito en las bobinas del inducido. 
• Terminales de bobinas invertidos. 
• Cojinetes desgastados. 
• Láminas de mica salientes. 
• Sentido de rotación invertidos.

    2.  Si el motor se calienta en exceso, puede ser debido a:

• Cojinetes desgastados.
• Falta de engrase en los cojinetes.
• Bobinas con cortocircuitos.
• Sobrecarga.
• Arrollamientos inductores con cortocircuitos.
• Escobillas mal situadas.

    3.  Si el motor desprende humo, las causas pueden ser:

• Inducido con cortocircuitos.
• Cojinetes desgastados.
• Arrollamientos inductores con cortocircuitos.
• Tensión inadecuada.
• Sobrecarga.

    4.  Si el par motor es débil, puede ser debido a:

• Bobinas con cortocircuitos.
• Arrollamientos inductores con cortocircuitos.
• Escobillas mal situadas.
• Cojinetes desgastados.

 PRECAUCIONES

En este motor, igual que en los motores de corriente continua con excitación en serie, hay que tener la precaución de no alimentarlos sin carga ya que al funcionar en vacío, el motor puede acelerarse hasta unas velocidades que produzcan unas intensidades de corriente en las bobinas que quemen los aislantes y el motor. En aplicaciones domesticas los bobinados ya están preparados para el funcionamiento en vacío y no existe este peligro. Cambien realizar el correcto mantenimiento de las escobillas.

Mapa Mental

GLOSARIO

APLICACION: Empleo de una cosa o puesta en práctica de los procedimientos adecuados para conseguir un fin.

BOBINADO:  Conjunto de bobinas y otros conductores de un circuito eléctrico.

CARCASA: Armazón exterior de una cosa.

  

ESTATOR: En las dinamos y motores eléctricos, circuito fijo dentro del cual gira el móvil o rotor.  

ESQUEMA: Representación mental o simbólica de una cosa material o inmaterial o de un proceso en la que aparecen relacionadas de forma lógica sus líneas o rasgos esenciales.

FUNCIONAMIENTO: Manera como funciona determinada cosa.

MOTOR: Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.

PRECAUCION: Cuidado y reserva de una persona al hablar o actuar para prevenir un daño o un peligro, o sigilo con el que procede para evitar que sea advertida su presencia.

ROTOR: El rotor es el componente que gira (rota) en una máquina eléctrica, sea ésta un motor o un generador eléctrico. Junto con su contraparte fija, el estator, forma el conjunto fundamental para la transmisión de potencia en motores y máquinas eléctricas en general.

SERIE: Conjunto de cosas relacionadas entre sí o con ciertas características comunes, que están o se suceden unas a otras siguiendo un orden.

UNIVERSAL: Que pertenece o se refiere a todos los países, a todos los tiempos, a todas las personas o a todas las cosas.

VELOCIDAD: Relación que se establece entre el espacio o la distancia que recorre un objeto y el tiempo que invierte en ello.

 

REFERENCIAS

https://books.google.co.ve/books?isbn=9681826876

https://es.scribd.com/doc/123783039/Partes-Del-Motor-Universal

www.ecured.cu/index.php/Motor_universal

https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_monofásico_universal

html.rincondelvago.com/motores-universales.html

https://books.google.co.ve/books?isbn=8471460890