Motores y maquinas electricas

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ES UN APORTE DE LOS ESTUDIANTES DEL INSTITUTO TECNOLOGICO CARLOS CISNEROS DEL SEGUNDO SEMESTRE DE ELECTRICIDAD HECHO POR LUIS CHUNATA

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Motores y maquinas electricas

  1. 1. Motor eléctricoUn motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica enenergía mecánica por medio de campos magnéticos variables electromagnéticas.Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánicaen energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracciónusados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenosregenerativos.Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares.Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, enautomóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar lasventajas de ambos.Principio de funcionamientoLos motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismoprincipio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula unacorriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiendea desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica quecircula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, queprovocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimientocircular que se observa en el rotor del motor. Aprovechando el estator y rotor ambos deacero laminado al silicio se produce un campo magnético uniforme en el motor.Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campomagnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente,
  2. 2. el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tiendaa desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada alexterior mediante un dispositivo llamado flecha.VentajasEn diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores decombustión: A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Se pueden construir de cualquier tamaño. Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina). Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro sí emiten contaminantes. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUALos motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados,en:*Motor serie.- El motor serie o motor de excitación en serie, es un tipo de motoreléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o deexcitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o del inductores también la corriente del inducido absorbida por el motor.
  3. 3. Las principales características de este motor son:- Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor decorriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, estedisminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es la mismaque en el inducido.- La potencia es casi constante a cualquier velocidad.- Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que unaumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de lafuerza contraelectromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida.*Motor compound.- Un motor compound (o motor de excitación compuesta) es unMotor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinadosinductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otroconectado en derivación con el circuito formado por los bobinados: inducido, inductorserie e inductor auxiliar.Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del camposhunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, esconectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varía,y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal quesu flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectannormalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo.
  4. 4. *Motor shunt.- El motor shunt o motor de excitación en paralelo es un motoreléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado enderivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductorauxiliar.Al igual que en los dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas pormuchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinadoinductor principal es muy grande.En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que el motor serie,(también uno de los componentes del motor de corriente continua). Al disminuir laintensidad absorbida, el régimen de giro apenas sufre variación.Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:*Motor paso a paso.- El motor paso a paso es un dispositivo electromecánico queconvierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo
  5. 5. que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de susentradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera que unconversión digital-analógica y puede ser gobernado por impulsos procedentes desistemas lógicos.Este motor presenta las ventajas de tener alta precisión y repetitividad en cuanto alposicionamiento. Entre sus principales aplicaciones destacan como motor de frecuenciavariable, motor de corriente continua sin escobillas, servomotores y motorescontrolados digitalmente.*Servomotor.- Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a unmotor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posicióndentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición.1Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad de ser controlado,tanto en velocidad como en posición.Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero suuso no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener un motorde corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conservala fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos.
  6. 6. *Motor sin núcleo.- Cuando se necesita un motor eléctrico de baja inercia (arranque yparada muy cortos), se elimina el núcleo de hierro del rotor, lo que aligera su masa ypermite fuertes aceleraciones, se suele usar en motores de posicionamiento (p.e. enmáquinas y automática).Para optimizar el campo magnético que baña el rotor, para motores que requieren ciertapotencia, se puede construir el rotor plano en forma de disco, similar a un circuitoimpreso en el que las escobillas rozan ortogonalmente sobre un bobinado imbricado quegira entre imanes permanentes colocados a ambos lados del disco. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNALos motores de C.A. se clasifican de la siguiente manera:Asíncrono o de inducciónLos motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que elrotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnéticodel estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.Jaula de ardillaUn rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor deinducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardillatambién se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindromontado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de
  7. 7. aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo encortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entreesta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similaresexisten para las ardillas domésticas)Anteriormente se usaban rotores con barras conectadas entre si con tuercas lo que daproblemas cuando perdían presión y provocan mal contacto. Eso se mejoro usandojaulas de ardilla sin tuercas, son de material fundido, en el futuro se pretende utilizarcobre en la jaula para mejorar la eficiencia, actualmente se utiliza aluminio.Monofásicos Motor de arranque a resistencia. Posee dos bobinas una de arranque y una bobina de trabajo. Motor de arranque a condensador. Posee un condensador electrolítico en serie con la bobina de arranque la cual proporciona más fuerza al momento de la marcha y se puede colocar otra en paralelo la cual mejora la reactancia del motor permitiendo que entregue toda la potencia. Motor de marcha. Motor de doble condensador. Motor de polos sombreados o polo sombra.Trifásicos Motor de Inducción.A tres fases.La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lomismo en las tres fases, ya estén conectados en estrella o en triángulo. Las tensiones en
  8. 8. cada fase en este caso son iguales al resultado de dividir la tensión de línea por raíz detres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces la tensión de cada fase es220 V.Rotor DevanadoEl rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que seconectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas seconecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en cortocircuito al igual que el eje de jaula de ardilla.Monofásicos Motor universal Motor de Inducción Motor de fase partida Motor por reluctancia Motor de polos sombreadosTrifásico Motor de rotor devanado. Motor asíncrono Motor síncronoSíncronoEn este tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las mismasrevoluciones que lo hace el campo magnético del estator.UsosLos motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas. Sureducido tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño,por ejemplo taladros o batidoras.Cambio de sentido de giroPara efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alternase siguen unos simples pasos tales como: Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con unos relevadores Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases. Para motores de a.c. es necesario invertir los contactos del par de arranque.
  9. 9. Regulación de velocidadEn los motores asíncronos trifásicos existen dos formas de poder variar la velocidad,una es variando la frecuencia mediante un equipo electrónico especial y la otra esvariando la polaridad gracias al diseño del motor. Esto último es posible en los motoresde devanado separado, o los motores de conexión Dahlander pero solo es posibletener un cambio de polaridad limitado ejem: 2 polos y 4. Máquina eléctricaUna máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía cinética en otraenergía, o bien, en energía potencial pero con una presentación distinta, pasando estaenergía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético. Se clasifican en tresgrandes grupos: generadores, motores y transformadores.Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, mientras que los motorestransforman la energía eléctrica en mecánica haciendo girar un eje. El motor se puedeclasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Lostransformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman suscaracterísticas.Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos.Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorridopor una corriente eléctrica produce los amperivueltas necesarios para crear el flujoestablecido en el conjunto de la máquina.Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en rotativas yestáticas. Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos,alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como lostransformadores.En las máquinas rotativas hay una parte fija llamada estátor y una parte móvil llamadarotor. Normalmente el rotor gira en el interior del estátor. Al espacio de aire existenteentre ambos se le denomina entrehierro. Los motores y generadores eléctricos son elejemplo más simple de una máquina rotativa.
  10. 10. Potencia de las máquinas eléctricasLa potencia de una máquina eléctrica es la energía desarrollada en la unidad de tiempo.La potencia de un motor es la que se suministra por su eje. Una dinamo absorbe energíamecánica y suministra energía eléctrica, y un motor absorbe energía eléctrica ysuministra energía mecánica.La potencia que da una máquina en un instante determinado depende de las condicionesexternas a ella; en un dinamo del circuito exterior de utilización y en un motor de laresistencia mecánica de los mecanismos que mueve.Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las características de lamáquina, es la potencia nominal, que se define como la que puede suministrar sin quela temperatura llegue a los límites admitidos por los materiales aislantes empleados.Cuando la máquina trabaja en esta potencia se dice que está a plena carga. Cuando unamáquina trabaja durante breves instantes a una potencia superior a la nominal se diceque está trabajando en sobrecarga.Clasificación según el servicioEs importante conocer la clase de servicio a la que estará sometida una máquina: Servicio continuo: Corresponde a una carga constante durante un tiempo suficientemente largo como para que la temperatura llegue a estabilizarse. Servicio continuo variable: Se da en máquinas que trabajan constantemente pero en las que el régimen de carga varía de un momento a otro. Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo están separados por tiempos de reposo. Factor de marcha es la relación entre el tiempo de trabajo y la duración total del ciclo de trabajo. Servicio unihorario: La máquina está una hora en marcha a un régimen constante superior al continuo, pero no llega a alcanzar la temperatura que ponga en peligro los materiales aislantes. La temperatura no llega a estabilizarse. TIPOS DE MAQUINAS ELÉCTRICASGenerador eléctrico.-Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de manteneruna diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminaleso bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación seconsigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricosdispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se producemecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generaráuna fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener unacorriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en ungenerador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alternason de tres fases.
  11. 11. El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energíaeléctrica en mecánica.Transformador.- Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permiteaumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna,manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de untransformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Lasmáquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de sudiseño, tamaño, etc.El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un ciertonivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacciónelectromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor,aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismonúcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye elflujo magnético común que se establece en el núcleo.Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducciónelectromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinasdevanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminasapiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Lasbobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a laentrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existentransformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado"terciario", de menor tensión que el secundario.
  12. 12. Tipos de transformadores*Según sus aplicaciones-Transformador elevador/reductor de tensiónUn transformador con PCB, como refrigerante en plena calle.Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red detransporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule.Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica atensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensionespara adaptarlas a las de utilización.-Transformadores elevadoresEste tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión desalida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación detransformación de estos transformadores es menor a uno.-Transformadores variablesTambién llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveende tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.
  13. 13. -Transformador de aislamientoProporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera queconsigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utilizaprincipalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con latensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, enresistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensionesflotantes entre sí.-Transformador de alimentaciónPueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesariaspara el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuitoprimario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éstese queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estosfusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo eltransformador.*Según su construcción-AutotransformadorEl primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendoun bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello seemplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicacionessimilares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre elprimario y el secundario.

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