Actuadores eléctricos Autor: Pablo Audén Tamayo Asignatura: Ingeniería de máquina

Definición Los actuadores son dispositivos (eléctricos) por medio de los cuales se modifican estados de sistemas como pueden ser: iluminación, climatización, persianas y motores entre otros. Para cada tipo de carga existe un determinado tipo de actuador. Según se trate de un circuito de iluminación, de un motor o de una válvula, habrá que seleccionar el actuador correspondiente para el correcto funcionamiento del sistema. Son aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso de forma automática

Clasificación general Según la energía que utilizan pueden ser: Neumáticos Hidráulicos Eléctricos

Actuadores eléctricos Es un traductor, que transforma señales eléctrica en movimientos mecánicos características generales Solo requieren de energía eléctrica Como solo se necesitan cables para transmitir las señales. Son muy versátiles No hay restricciones de distancia entre la fuente de poder y el actuador

Ventajas - Desventajas Precisos Fiables Fácil control Sencilla instalación Silenciosos Desventajas: Potencia limitada

Clasificación Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes: Motores de corriente continua (DC). Servomotores Motor paso a paso Motor de corriente alterna (AC)

Motores de corriente continua El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. La principal característica es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga

Principio de funcionamiento Se basa en la segunda Ley de Lorentz, un conductor por el que pasa una corriente eléctrica causa un campo magnético a su alrededor que tiende a ser expulsado si se le quiere introducir en otro campo magnético. así que las fuerzas magneticas quedan rechazadas por las bobinas del motor haciendo que el rotor del motor gire. F: Fuerza en newtons I: Intensidad que recorre el conductor en amperios l: Longitud del conductor en metros lineales B: Inducción en teslas

El motor de C.C. esta constituido por dos piezas fundamentales Rotor: constituye la parte móvil del motor y proporciona el torque para mover la carga Estator: constituye la parte fija y su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar el movimiento giratorio

Servomotores Los servos son un tipo especial de motor de c.c.(aunque ya los hay de c.a.) que se caracterizan por su capacidad para posicionarse de forma inmediata en cualquier posición dentro de su intervalo de operación. Para ello, el servomotor espera un tren de pulsos que se corresponde con el movimiento a realizar El resultado es un servo de posición con un margen de operación de 180° aproximadamente

Están generalmente formados: Amplificador Un motor Un sistema reductor : - por ruedas dentadas - un circuito de realimentación (todo en un misma caja de pequeñas dimensiones)

Ejemplo y aplicaciones

Ejemplo y aplicaciones

Motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control.

Caracteristicas Ventajas Desventajas es capaz de asegurar un posicionamiento simple y exacto ligeros, fiables, y fáciles de controlar, pues al ser cada estado de excitación del estator estable, el control se realiza en bucle abierto, sin la necesidad de sensores de realimentación. Son ideales donde se requiere un movimiento preciso Desventajas El funcionamiento a bajas velocidades no es suave, ya que existe el peligro de perdida de una posición por trabajar en bucle abierto Tienden a sobrecalentarse trabajando a velocidades elevadas y presentan un limite en el tamaño que pueden alcanzar.

Clasificación Existen tres tipos de motores paso a paso: de imanes permanentes de reluctancia variable híbridos.

de imanes permanentes El rotor, que posee una polarización magnética constante, gira para orientar sus polos de acuerdo al campo magnético creado por las fases del estator. Permite mantener un par diferente de cero cuando el motor no está energizado. Dependiendo de la construcción del motor, es típicamente posible obtener pasos angulares de 7.5, 11.25, 15, 18, 45 o 90°. El ángulo de rotación se determina por el número de polos en el estator

de reluctancia variable Tiene un rotor multipolar de hierro y un estator devanado laminado, y rota cuando los dientes del rotor son atraídos a los dientes del estator electromagnéticamente energizados. La inercia del rotor de un motor de paso de reluctancia variable es pequeña y la respuesta es muy rápida, pero la inercia permitida de la carga es pequeña. Cuando los devanados no están energizados, el par estático de este tipo de motor es cero. Generalmente, el paso angular de este motor de paso de reluctancia variable es de 15°

híbridos. Combinan el modo de funcionamiento de los dos anteriores. Se caracteriza por tener varios dientes en el estator y en el rotor, el rotor con un imán concéntrico magnetizado axialmente alrededor de su eje. Se puede ver que esta configuración es una mezcla de los tipos de reluctancia variable e imán permanente. Este tipo de motor tiene una alta precisión y alto par y se puede configurar para suministrar un paso angular tan pequeño como 1.8°.

Ejemplo imán permanente híbrido                                                                                         Rotor Estator

Motor de corriente alterna (AC) Se basa en la utilización de corriente alterna La corriente alterna es aquella en que la que la intensidad cambia de dirección periódicamente en un conductor. como consecuencia del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en los extremos de dicho conducto La variación de la tensión con el tiempo puede tener diferentes formas: senoidal, triangular, trapezoidal….                                                          Corriente alterna senoidal

VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA La corriente alterna presenta ventajas decisivas de cara a la producción y transporte de la energía eléctrica, respecto a la corriente continua: 1-Generadores y motores mas baratos y eficientes, y menos complejos 2-Posibilidad de transformar su tensión de manera simple y barata (transformadores) 3-Posibilidad de transporte de grandes cantidades de energía a largas distancias con un mínimo de sección de conductores ( a alta tensión) 4-Posibilidad de motores muy simples, (como el motor de inducción asíncrono de rotor en cortocircuito) 5-Desaparición o minimización de algunos fenómenos eléctricos indeseables (magnetización en las maquinas, y polarizaciones y corrosiones electrolíticas en pares metálicos)

Existen dos tipos fundamentales de motores de corriente alterna: motores asíncronos motores síncronos

Motores asincronos Son probablemente los más sencillos y robustos de los motores eléctricos El rotor está constituido por varias barras conductoras dispuestas paralelamente el eje del motor y por dos anillos conductores en los extremos. El conjunto es similar a una jaula de ardilla

Principio de funcionamiento El estator consta de un conjunto de bobinas, de modo que cuando la corriente alterna trifásica las atraviesa, se forma un campo magnético rotatorio en las proximidades del estator. Esto induce corriente en el rotor, que crea su propio campo magnético. La interacción entre ambos campos produce un par en el rotor. No existe conexión eléctrica directa entre estator y rotor La frecuencia de la corriente alterna de la alimentación determina la velocidad a la cual rota el campo magnético del estator. El rotor sigue a este campo, girando más despacio. la diferencia de velocidades se denomina deslizamiento

Motores síncronos El motor síncrono, como su nombre indica, opera exactamente a la misma velocidad que el campo del estator, sin deslizamiento. El motor síncrono, utiliza el mismo concepto de un campo magnético giratorio producido por el estator, pero ahora el rotor consta de electroimanes o de imanes permanentes (PM) que giran sincrónicamente con el campo del estator Motor Asíncrono (Inducción Motor (AC) Síncrono

Principio de Funcionamiento

ejemplos Imán permanente rotor Los motores de corriente alterna son utilizados: fábricas, bombas, ventiladores, compresores, elevadores, etc.