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

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

Clasificación:

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.      

Fuerza y Torque sobre una espira con corriente

ESPIRA QUE ROTA ENTRE CARAS POLARES

Principio de funcionamiento de un generador 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. eind = 2vBl

FEM INDUCIDO 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".

eind = 2vBl

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 motor

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 motor

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 motor

Par 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 motor

PARTES DE UN MOTOR DE CC

Para funcionar, precisa de dos circuitos eléctricos: El circuito de campo magnético El 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.

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

Eje : Formado por una barra de acero fresada 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

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.

Estator Constitución general: MOTORES DC 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. Carcasa Está formado por Armazón Imán permanente Escobillas y portaescobillas

MOTORES DC 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.

Espiras y Bobinas

S F I N Brush V w Rotor Armature windings

FLUJO DE POTENCIAS EN MAQUINAS de CC

FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN MOTORES de CC

FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN GENERADORES de CC

TIPOS de MOTORES CC

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.

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA CON EXCITACIÓN SEPARADA

CIRCUITO EQUIVALENTE CON EXCITACIÓN SEPARADA

CIRCUITO EQUIVALENTE EN DERIVACIÓN

VT = EA + IARA VT = Kφώ + IARA

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. IF es constante Dibujar la característica par velocidad del motor cuando IL es 100 A, 200 A y 300 A

CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR EN SERIE

ind = KφIA = KcIA2 VT = EA + IA (RA + RS)

CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR COMPUESTO VT = EA + IA (RA + RS) IA = IL - IF IF = VT/RF

PROBLEMA

APLICACIONES de los MOTORES de CC

Motor de Corriente Directa (DC): 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).

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.

►Variadores monofásicos/ trifásicos CA/CC

►Troceadores o Choppers CC/CC

►Troceadores o Choppers CC/CC

Actuadores : TROCEADORES RECTIFICADORES CONTROLADOS 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.

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)

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).

Motores bipolares

Motores unipolares