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MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL CIRCUITOS ELÉCTRICOS Ing. JORGE COSCO GRIMANEY.

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1 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL CIRCUITOS ELÉCTRICOS Ing. JORGE COSCO GRIMANEY

2 Las máquinas eléctricas son convertidores electromecánicos capaces de transformar energía desde un sistema eléctrico a un sistema mecánico o viceversa

3 Clasificación:

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5 MÁQUINAS ELÉCTRICAS En los motores eléctricos las espiras rotativas del conductor son guiadas mediante la fuerza magnética ejercida por el campo magnético y la corriente eléctrica. Se transforma la energía eléctrica en energía mecánica.

6 Fuerza y Torque sobre una espira con corriente

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8 ESPIRA QUE ROTA ENTRE CARAS POLARES

9 Si en lugar de un conductor rectilíneo se introduce una espira con los extremos conectados a una determinada resistencia y se le hace girar en el interior del campo, de forma que varíe el flujo magnético abrazado por la misma, se detectará la aparición de una corriente eléctrica que circula por la resistencia y que cesará en el momento en que se detenga el movimiento. El sentido de la corriente viene determinado por la ley de Lenz. generador Principio de funcionamiento de un generador e ind = 2vBl

10 Se basan en la ley de Faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético se generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento". FEM INDUCIDO

11 e ind = 2vBl

12 Funcionamiento del Motor DC Campo Magnético en el Motor DC Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motorcorriente eléctrica campo magnéticofuerza magnética par

13 Fuerza Magnética en el Motor DC Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motorcorriente eléctrica campo magnéticofuerza magnética par

14 Movimiento de la espira Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motorcorriente eléctricacampo magnéticofuerza magnéticapar

15 Par en el Motor DC en el Motor DC Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motorcorriente eléctrica campo magnéticofuerza magnética par

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19 PARTES DE UN MOTOR DE CC

20 Para funcionar, precisa de dos circuitos eléctricos: El circuito de campo magnéticoEl circuito de campo magnético El circuito de la armaduraEl circuito de la armadura. El campo magnético (básicamente un imán o un electroimán) permite la transformación de energía eléctrica recibida por la armadura en energía mecánica entregada a través del eje. La energía eléctrica que recibe el campo se consume totalmente en la resistencia externa con la cual se regula la corriente del campo magnético. Es decir ninguna parte de la energía eléctrica recibida por el circuito del campo, es transformada en energía mecánica. La armadura consiste en un grupo de bobinados alojados en el rotor y en un ingenioso dispositivo denominado colector mediante el cual se recibe corriente continua desde una fuente exterior y se convierte la correspondiente energía eléctrica en energía mecánica que se entrega a través del eje del motor.

21 El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales :Rotor (circuito de armadura o inducido) Eje Núcleo y Devanado Colector Tapas Constituye la parte móvil del motor, proporciona el par para mover a la carga. Está formado por

22 Eje : Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector. Núcleo : Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule. Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado). Rotor

23 Devanado : Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado. Colector : Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas. La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas.

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27 Armazón Imán permanente Escobillas y portaescobillas Estator Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio. Está formado por Carcasa Constitución general: MOTORES DC

28 Armazón : Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales : servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán permanente, para completar el circuito magnético. Imán permanente : Compuesto de material ferromagnético altamente remanente, se encuentra fijado al armazón o carcasa del estator. Su función es proporcionar un campo magnético uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interactúe con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la interacción de estos campos. MOTORES DC

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31 Espiras y Bobinas

32 S F F I N Brush V Rotor Armatur e winding s

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34 FLUJO DE POTENCIAS EN MAQUINAS de CC

35 FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN MOTORES de CC

36 FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN GENERADORES de CC

37 TIPOS de MOTORES CC

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39 Motor de Corriente Directa (DC): Los distintos modos de conectar los arrollamientos de excitación de los motores de corriente continua constituyen la base para poder modificar ampliamente las formas de funcionamiento de estos motores. Según sea la conexión elegida, los motores reciben nombres especiales. A continuación se exponen los sistemas de excitación más utilizados en la práctica: - Excitación por Imanes Permanentes. - Excitación Independiente. - Auto excitación. - Excitación Serie. - Excitación Paralelo. - Excitación Compuesta.

40 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA CON EXCITACIÓN SEPARADA

41 CIRCUITO EQUIVALENTE CON EXCITACIÓN SEPARADA

42 CIRCUITO EQUIVALENTE EN DERIVACIÓN

43 V T = E A + I A R A V T = Kφώ + I A R A

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46 Un motor en derivación de 50 Hp, 250 V, 1200 rev/min con devanados de compensación, tiene una resistencia de inducido de 0,06 ohms. Su circuito de campo tiene una resistencia total de 50 ohms con lo que produce una velocidad de vació de 1200 rev/min. Tiene 1200 vueltas por polo en el devanado en derivación. I F es constante Dibujar la característica par velocidad del motor cuando I L es 100 A, 200 A y 300 A

47 CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR EN SERIE

48 ind = KφI A = KcI A 2 V T = E A + I A (R A + R S )

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51 CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR COMPUESTO V T = E A + I A (R A + R S ) I A = I L - I F I F = V T /R F

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53 PROBLEMA

54 APLICACIONES de los MOTORES de CC

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56 MODIFICACIÓN DE LA VELOCIDAD; actuando sobre la alimentación de los devanados del motor. a.1.- Una opción consiste en modificar el flujo de excitación que crea el inductor, es decir, Vf, así, cambiará la velocidad y el par. Como los cambios de la velocidad y el par tienen tendencia contraria, la potencia, puede permanecer constante. (Regulación de campo o de potencia constante). a.2.- Otra opción consiste en mantener el flujo de excitación que crea el inductor y variar la tensión del inducido Va, en este caso se modificara la velocidad ya que la corriente de armadura Ia permanece prácticamente constante. El par permanecerá constante al no variar la corriente de armadura pero la potencia proporcionada variara como consecuencia del cambio en la velocidad. (Regulación del inducido o de par constante). Motor de Corriente Directa (DC):

57 Tacogeneradores Para el control de máquinas operatrices de control numérico, máquinas textiles y otras aplicaciones que requieran velocidad continua controlada o aceleraciones y desaceleraciones de programas prefijados.

58 Variadores monofásicos/ trifásicos CA/CC

59 Troceadores o Choppers CC/CC

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61 Actuadores : CONVERTIDOR: Debe permitir obtener tensión y corriente directa e inversa para poder trabajar en 4 cuadrantes. La tensión media de salida debe variar linealmente con la señal de control para obtener una buena precisión del control de posición. Debe proporcionar una corriente con un buen factor de forma para minimizar las fluctuaciones en la velocidad y par del motor. TROCEADORESRECTIFICADORES CONTROLADOS

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64 Motores paso a paso: Características Similares a los motores de corriente continua. Diferencia principal: se usan más para posicionamiento electromecánico. Otras diferencias: –la conmutación de polos es externa; –nº polos grande, paso pequeño ->precisión en movimientos –nº de polos variable (relacionado con nº pasos necesario para completar una vuelta)

65 Motores paso a paso: Tipos de steppers Existen 3 tipos básicos: –De reluctancia variable –De imán permanente –Híbridos Se diferencian por el tipo de construcción (uso o no de imanes permanentes en el rotor y estatores de acero laminado).

66 Motores bipolares

67 Motores unipolares


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