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Motores cc

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  • 1. IES PEDRO SIMÓN ABRIL (ALCARAZ) Motores Eléctricos de Corriente Continua Tecnología Industrial II Bachillerato de Ciencias y Tecnología
  • 2. 8.1. Motores de Corriente Continua
    • Estátor: en él se encuentra el devanado inductor o de excitación para generar el campo magnético.
    • Culata: corona de material ferromagnético, que forma es parte del estátor, y donde se disponen los polos.
    • Polos: salientes dispuestos en la culata (en número par) y provistos de expansiones en los extremos. En torno a ellos se arrollan los devanados de excitación ( inductor )
    • Polos auxiliares o de conmutación: salientes de menores dimensiones, dispuestos en el estátor, y sin expansiones en los extremos que están rodeados de unas bobinas. Estos polos aparecen en todas las máquinas eléctricas, salvo en las de reducida potencia.
    Unidad 8. Motores eléctricos En la figura se representa el esquema de una máquina de corriente continua genérica de dos polos, que podría actuar como motor o generador. Los elementos que forman la máquina son:
  • 3. 8.1. Motores de Corriente Continua 5. Rotor: está constituido por una pieza cilíndrica ranurada, formado por chapas de material ferromagnético (generalmente acero laminado con contenido débil de silicio). En sus ranuras se dispone el devanado inducido (bobinas de hilo o de pletina de cobre) 6. Colector de delgas: conjunto de láminas de cobre, delgas , aisladas entre sí por delgadas láminas de mica casi pura y que giran solidariamente con el motor. Cada delga está eléctricamente unida al punto de conexión de dos bobinas del devanado inducido, de forma que habrá tantas delgas como bobinas simples tenga el inducido. 7. Escobillas: piezas de grafito que están en contacto con el colector de delgas, para asegurar el contacto eléctrico con el devanado inducido y los bornes de la máquina con el exterior. El colector de delgas y las escobillas actúan como rectificadores de corriente, de modo que aunque la corriente que circula por el interior de la máquina sea alterna, en el circuito de salida obtendremos corriente rectificada (continua). Las escobillas se disponen sobre una estructura metálica, denominada portaescobillas . 8. Elementos mecánicos de soporte: como los cojinetes o rodamientos 9. Elementos de envoltura. Unidad 8. Motores eléctricos Rotor Delga Escobilla
  • 4. 8.1.1 Principio de funcionamiento de los motores de Corriente Continua
    • Los principios básicos en los que basan su funcionamiento los motores eléctricos son:
      • Cuando un conductor de longitud L se mueve en el interior de un campo magnético de inducción B, cortando líneas de campo, se genera en él una fuerza electromotriz o contraelectromotriz ε , tal que ε = L•B•v
        • La fuerza contraelectromotriz (fcem) del motor también se puede expresar como
        • ε= K•n•  n= nº de revoluciones por minuto
        • K = cte que depende de la máquina
        •  = flujo magnético
      • Cuando un conductor de longitud L, por el que circula una corriente I, se sitúa en el interior de un campo magnético, actúa sobre él una fuerza F , tal que F= I•L•B
    • Como vemos en la Figura 1 se representa un máquina de corriente continua en el que de devanado inducido está formando por una espira y el campo magnético, creado por el devanado inductor, se consigue con un par de polos.
    • Si al devanado inducido le aplicamos tensión exterior continua, por él circulará una corriente continua, que dará origen a una fuerza que la hará girar= MOTOR
    Unidad 8. Motores eléctricos Si al devanado inducido se le aplica un movimiento de rotación con velocidad regular, en los bornes de la espira se formará una fuerza electromotriz, que a través de las escobillas saldrá rectificada al exterior de la máquina= GENERADOR Figura 1
  • 5. 8.2. Tipos de motores eléctricos de c.c. Atendiendo a la forma de conexión entre los devanados inductor e inducido, podemos diferenciar entre: A) Motores en serie: los devanados inducido e inductor están conectados en serie, tal y como vemos en la Figura 2. Unidad 8. Motores eléctricos
    • En este esquema se representa:
    • Inducido : con el símbolo del motor, en el que se diferencian dos bornes de conexión, + y -, y que corresponde al signo de la fcem del inducido E.
    • Resistencia interna del devanado inducido : con el símbolo Ri
    • Resistencia interna del devanado inductor: con el símbolo Rexc , ya que el inductor es habitualmente denominado devanado de excitación.
    • Voltaje aplicado al motor : U
    • Corriente que circula por los devanados: I
    El esquema eléctrico equivalente, sería el mostrado en la Figura 3. Si aplicamos al motor un voltaje externo U , dicho voltaje se repartirá en cada elemento del circuito en serie, por tanto: Y la corriente del circuito será: La potencia perdida en los conductores se calcularía: La potencia absorbida por el motor será: U= E+U Ri +U Rexc Cálculos en el circuito equivalente del motor en serie P cu = I 2 • (R i +R exc ) P ab = U• I Impt: En el momento del arranque, cuando todavía no ha comenzado el giro del motor, el voltaje en el inducido (E) será 0, y el valor de la corriente (I) será máximo, lo que también provocará que el momento de giro (M) sea máximo I= U-E R i +R exc Figura 2 Figura 3
  • 6. 8.2. Tipos de motores eléctricos de c.c. Ejemplo: Un motor de 5 kW tiene una resistencia del inductor de 0,2 Ω , una resistencia del inducido de 1 Ω , una corriente del inducido de 25 A y su fcem es de 200 V. Determinar su rendimiento Unidad 8. Motores eléctricos Solución: El rendimiento de la máquina será: La potencia absorbida será: Hallamos el valor de U, sabiendo que: U = 200+ 0,2•25+ 1•25 = 230 V Así: P ab = 230 • 25= 5750 W Y el rendimiento será: U= E+U Ri +U Rexc P ab = U• I 200 V 0,2 Ω 1 Ω Pu= 5 kW η= P u P ab
  • 7. 8.2. Tipos de motores eléctricos de c.c. B) Motores en derivación o Shunt ): en este tipo de motor el inducido y el inductor se conectan en paralelo (Figura 4) Unidad 8. Motores eléctricos El esquema eléctrico equivalente, es Si aplicamos al motor un voltaje externo U , dicho voltaje se repartirá en cada elemento del circuito en serie, y caerá íntegro en la resistencia del inductor (R exc ) Las corrientes del circuito serán: La potencia perdida en los conductores se calcularía: La potencia absorbida por el motor será: U= E+U Ri Cálculos en el circuito equivalente del motor en derivación P cu = I i 2 • R i + I exc 2 •R exc P ab = U• (I i +I exc ) Impt: En el momento del arranque la corriente del inducido aumenta de forma semejante a la del motor en serie, pero el momento de arranque es mucho menor que en el motor en serie (porque le flujo magnético es constante, no depende de la velocidad del motor, ni de la corriente del inducido) U= U Rexc I i = U-E R i Figura 4 Figura 5 I exc = U R exc
  • 8. 8.2. Tipos de motores eléctricos de c.c.
    • Ejemplo: Un motor en derivación conectado a una fuente de 500 V produce una fcem de 480 V. Si la resistencia del inducido es de 0,1 Ω , la del inductor 500 Ω y la del reostato de arranque de 1,5 Ω , calcluar:
    • Corriente de arranque en el inducido d) Corriente absorbida de la fuente
    • Corriente en régimen permanente del inducido e) Potencia absorbida de la fuente
    • Corriente del inductor f) Potencia útil si el rendimiento es del 80%
    Unidad 8. Motores eléctricos Solución: a) Corriente de arranque en el inducido: b) Corriente en régimen permanente del inducido: c) Corriente del inductor: d) Corriente absorbida por la fuente: e) Potencia absorbida por la fuente: f) P u con rendimiento del 80% Nota: el reostato es una resistencia que se coloca en serie con el inducido, para limitar el valor de la corriente del inducido durante el arranque, evitando que pueda alcanzar valores peligrosos que dañen el motor. Una vez que el motor ha arrancado y llega al régimen permanente, el reostato de arranque se elimina del circuito 500 V 480 V 0,1 Ω 500 Ω 1,5 Ω
  • 9. 8.2. Tipos de motores eléctricos de c.c. Unidad 8. Motores eléctricos El esquema eléctrico equivalente, es Las características de este motor son semejantes a las del motor en derivación, ya que las expresiones que se obtienen de su funcionamiento son similares. C) Motores en excitación independiente: en este caso el inductor y el inducido se alimentan de fuentes externas independientes (Figura 6) C) Motor compound: en este caso el motor dispone de dos devanados inductores; uno se conecta en serie y el otro en paralelo con el inducido . En la Figura 8 representamos el esquema del motor Compound largo. En este motor el devanado inductor se divide en dos; el inductor Rexcs que aparece en los esquemas anteriores y el Rexcp que es la parte del devanado que se conecta en paralelo con el inducido. Con esto se consigue un buen momento de arranque ( ventaja de los motores en serie ) ya que el devanado inductor está conectado en serie, y una velocidad estable ( ventaja de los motores en derivación ) ya que el devanado inductor está conectado en paralelo. Figura 6 Figura 7 Figura 8
  • 10. 8.2. Tipos de motores eléctricos de c.c. Unidad 8. Motores eléctricos El esquema eléctrico equivalente del motor compound largo se representa en la Figura 8 y el compound corto en la Figura 9. 8.3. Funcionamiento de un motor. Cuando el motor arranca, debe arrastrar la carga que se opone al movimiento del motor (resistencia), y al mismo tiempo vencer la inercia propia del mecanismo del motor. Se generará así un par llamado de arranque. Por tanto el par de arranque debe ser mucho mayor al par resistente (porque el par resistente tiende a aumentar con la velocidad del motor mientras que el par del motor tiende a disminuir con esta). Una vez que el motor empieza a acelerar va aumentando su velocidad hasta que llega al régimen permanente , momento en el que dicha velocidad se estabiliza. Al llegar al régimen permanente el momento del motor será igual al momento resistente. Figura 8 Figura 9
  • 11. 8.3. Funcionamiento de un motor. Unidad 8. Motores eléctricos Cuando varían la características de la carga, variará la velocidad del motor y su punto de funcionamiento se moverá, pudiendo ser estable (permanece en el nuevo punto alcanzado) o inestable (el motor funcionaría a tirones) Como en régimen permanente el momento del motor y el resistente son iguales, pero de signo contrario, el momento total del sistema será cero, la aceleración será cero y la velocidad permanecerá constante. M m =M r M total =0 a=0 v= cte Como vemos en la figura el punto de equilibrio o punto donde el motor trabaja a régimen permanente, se determina por la intersección de la curva característica momento-velocidad del motor y la curva momento-velocidad de la carga.
  • 12. 8.3.1.Curvas características de los distintos tipos de motores Unidad 8. Motores eléctricos El mayor momento durante el arranque se alcanza en el motor en serie, le sigue el compound y por último el de derivación. En el de excitación independiente el comportamiento es similar al derivación. 1. Curva característica momento-velocidad 2. Curva característica velocidad-corriente Como se muestra en la figura la velocidad más constante se obtiene en el motor en derivación, seguido del compound, y por último, el motor serie. El motor de excitación independiente el comportamiento es similar al derivación. 2. Curva característica momento-corriente En este caso el máximo momento en relación con la corriente , se alcanza en el motor serie, seguido del compound, y por último el derivación. El motor de excitación independiente el comportamiento es similar al derivación.
  • 13. 8.3.2.Inversión del sentido de giro Unidad 8. Motores eléctricos
    • Para invertir el sentido de giro del motor de cc basta con cambiar las conexiones del devanado inductor con respecto al inducido.
    • Por tanto existen dos métodos:
      • Cambiar la polaridad del voltaje de alimentación aplicado al inducido, dejando como estaba la polaridad aplicada al inductor
      • Cambiara la polaridad del voltaje de alimentación aplicado al inductor, dejando como estaba la polaridad aplicada al inducido
    8.3.3. Regulación de la velocidad
    • Para la regulación de la velocidad se pueden emplear tres métodos:
      • Variar el voltaje de alimentación del motor; la velocidad del motor es proporcional a dicho voltaje.
      • Variar la corriente del inducido introduciendo un reostato en serie con este devanado. Este método se denomina control por armadura .
      • Variar la corriente del inductor utilizando un reostato de regulación. A este método se le denomina control de campo. El reostato se intercala en serie con el inductor en los motores en derivación, o en paralelo con el inductor en los motores en serie.
    • La disposición de reostatos empeora el rendimiento de los motores, porque favorece las pérdidas de potencia por efecto Joule.

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