MQUINASDECORRIENTECONTINUA1y2

CONSTITUCIN,PRINCIPIODEFUNCIONAMIENTO,ECUACIONESBSICAS,CARACTERSTICASDEFUNCIONAMIETO

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 1

Principiodefuncionamiento

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 2

N

S

Eje directo

Eje en cuadratura

Elfuncionamientocomomotorsebasaenlafuerzaqueapareceporlainteraccinentrelosconductoresdelrotoryelcampomagnticocreadoporlospolosprincipales.Elfuncionamientocomogeneradorsebasaenlaf.e.m.inducidaenlosconductoresdelrotoralmoverseenelsenodelcampomagnticocreadoporlospolosprincipales.Tantocuandofuncionacomomotorcomocuandolohacecomogeneradorambosefectosaparecensimultneamente.

ELEMENTOSBSICOS

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 3

Partefijaoesttor(inductor) 1.Carcasaoenvolventemecnica(norepresentada) 2.Culata 3.Polosprincipales 4.Ncleospolares. 5.Zapataoexpansinpolar. 6.Devanado/sinductor/es. 7.Polosauxiliaresodeconmutacin. 8.Arrollamientodelospolosauxiliares. 9.Escobillas 10.Devanadodecompensacin. Partemvilorotor(Inducido) 10.Arrollamientodelinducido. 11.Colectordedelgas(conmutador).

ElementosdelamquinadeC.C.

EsttoroInductor: Eslapartedelamquinadestinadaaproducirelcampomagnticoprincipal,necesarioparaqueseoriginenlasfuerzasmecnicasylasf.e.m inducidasenrotor(inducido).Formadoporunacoronadematerialferromagnticodenominadaculata oyugo.Ensuinterior,regularmentedistribuidosyennmeropar,vandispuestosunossalientesradialesconunaexpansinensuextremo,denominadospolos,sujetosmediantetornillosalaculata.Rodeandolospolossehallanunasbobinasdehilo,opletinadecobreaisladocuyamisines,alseralimentadas,crearelcampomagnticoinductor,elcualpresentaralternativamentepolaridadesnorteysur.Salvolasmquinasdepotenciareducida(demenosde1kW)encontramostambinenelesttor,alternandoconlospolosprincipales,otrosdemenortamaollamadospolos deconmutacin.

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 4

ElementosdelamquinadeC.C.Elesttorconstadelaspartessiguientes: Culata: eslapartedelcircuitomagnticofijonorodeadapordevanadosydestinadaaunirlospolosdelamquina.

Piezapolaropolo: eslapartedelcircuitomagnticosituadaentrelaculatayelentrehierro,incluyendoelncleoylaexpansinpolar.

Ncleo: Eslapartedelcircuitomagnticorodeadaporeldevanadoinductor. Devanadoinductor: eselconjuntodeespirasdestinadoaproducirelflujomagnticoprincipal.

Expansinpolar: eslapartedelapiezapolarmsprximaalinducidoycuyamisinesaumentarlazonadestebaadaporelcampoinductor.

Poloauxiliarodeconmutacin: Esunpolomagnticosuplementariodestinadoamejorarlaconmutacin.Suelenemplearseenlasmquinasdemedianaygranpotencia.

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 5

ElementosdelamquinadeC.C.

RotoroInducido: Eslapartedelamquinaenlaquesealojanlosconductoresdelinducidoydestinada,porlotanto,aproducirelparylaf.e.m.inducidos.Formadoporunejedeacero quesesoportaaunacoronacilndricadematerialferromagntico formadaabasedechapasdehierroalsilicio,aisladasunasdelasotrasporunacapadebarnizodexido. Lacoronade chapamagnticapresentaensusuperficieexternaun ranurado dondesealojaeldevanadoinducidodelamquina.Estedevanadoestaconstituidoporbobinasdehiloodepletinadecobreconvenientementeaislados,cerradosobresmismoalconectarelfinaldelaltimabobinaconelprincipiodelaprimera.

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ElementosdelamquinadeC.C.Elinducidoconstadelassiguientespartes:

Ncleodelinducido: eslapiezacilndricamontadasobreelcuerpo(oestrella)fijadoaleje,yconstruidoabasedechapasmagnticas.Disponedeunasranurasparaalojareldevanadoinducido.

Devanadoinducido: eselconjuntodebobinasalojadasenlasranurasdelrotor yresponsableprincipaldelaconversinelectromecnicadeenergaensuinteraccinconelcampoinductor.

Colector: esunconjuntodelminasdecobre(delgas),deseccintrapezoidalyaisladasunasdeotrasqueformanuntubocilndricosolidarioalejedelamquina.Elcolectortienetantasdelgascomobobinasposeeeldevanadoinducidodelamquina.

Escobillas: piezasrelativamenteblandasdecarbn,grafitoometalgrafitado que,untoconelcolector,establecenlaconexinelctrica, porcontactodeslizante, entreelinducidoyelcircuitodecorrientecontinuaexterior.

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 7

ElementosdelamquinadeC.C.

Entrehierro Eselespaciodeaireentrelasexpansionespolaresyelrotor.Debetenerunespesorsuficienteparaevitarelrozamiento,aunquecuantomsbajoseastemenorreluctanciatendrelcircuitomagnticoy,porlotanto,mayorflujoparaunamismaf.m.m..Enmquinasgrandessueleserdevariosmmyenpequeasde1mmoinclusomenos.Cojinetes Sonlaspiezasquesirvendeapoyoyfijacindelejedelinducidoalacarcasa(tapas)alavezqueminimizanelrozamientoentreellos.

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 8

ElementosdelamquinadeC.C.

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 9

Funcionamientodelamquinadec.c.

Elfuncionamientobsicoseexplicasuponiendounaespirarectangular,quepuedegirarsobresuejelongitudinal,inmersaenelsenodeuncampomagnticoconstanteyuniforme.Cuandolaespiragiraseinduceenellaunaf.e.m.y,siestrecorridaporunacorriente,lainteraccinentrestayelcampooriginaunafuerza(fuerzadeLorentz),yporlotantounpar,quetiendeahacergirarlaespira.

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 10

Colectoryescobillas Paraqueelpartengasiempreelmismosentido,esnecesarioqueelsentidodelacorrientedelosconductoresquepasandelantedecadapolomagnticoseasiempreelmismo.Paraello,laconexinelctricadecadaespiraalcircuitoexteriorserealizamediantedelgasenlosterminalesdecadabobinayescobillas.EstoobligaaqueencadaespiraseinviertalapolaridaddelacorrienteencadacicloN Sdelcampomagntico.Aestefenmenoseledenominaconmutacin.Cuantomayorseaelndebobinasydedelgasmenoreselrizadodelaf.e.m.generadaymsconstanteelpar.

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Tiposdebobinados

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Devanadoimbricado

Devanadoondulado

Colectoryescobillas

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Ejemplodedevanadoimbricadodelrotordeunamquinadec.c.decuatropolosy,porlotanto,dosparesdeescobillas.Todoslosconductoresenfrentadosaunmisopoloestnrecorridosporcorrienteenelmismosentido.Cadavezqueunaespiratieneasusdosconductoresactivossobrelalneaneutradebeinvertirselacorrienteendichaespira.

Reversibilidaddelfuncionamientodelamquinadec.c.:Generador

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Cuandofuncionacomogenerador(dinamo),esunmotorprimarioelquehacegiraralrotorenelsenodelcampomagnticoinductor.Enelinducidosegeneraunvoltajeque,alseraplicadoalcircuitoexterior(cargaelctrica),provocalacirculacindeunacorrienteunidireccionalmedianteelconjuntocolectorescobillas.Elparelectromagnticointernoseoponealsentidodelmovimiento.

Reversibilidaddelfuncionamientodelamquinadec.c.:MotorCuandofuncionacomomotor,unafuenteelctricaexternaalimentaalinducidomedianteelconjuntocolectorescobillasparaproducirelparmotorunidireccionalnecesarioparamoverlacarga(mecnica).Enelinducidosegeneraunafuerzacontraelectromotriz(f.c.e.m.)queseoponealvoltajeaplicado.

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 15

Reaccindelinducido

Fuerzasmagnetomotricesycamposmagnticosdelinductoreinducido

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 16

ReaccindelinducidoElcampoquerealmenteexisteenelentrehierrodelamquinaeselresultantedelosdosanteriores.Enausenciadesaturacinpodraaplicarselahiptesisdelinealidadysumarlasinduccionesdecadaunodeellosparaobtenerlatotal.Deestemodo,lainduccinmediafrenteacadapolonovariaraporlareaccindelinducido.Sinembargo,estonormalmentenoesvlidoyenlaszonasdondesesumanlasf.m.m.lainduccinresultanteesmenorquelasumadelaspartes.Porestemotivolainduccinmediafrentealospolosesmenorenpresenciadelfenmenodereaccindelinducidoqueenausenciadel.Aestoesaloquesedenominareaccinlongitudinaldelinducido.Otraconsecuenciaeselquesedesplazalalneaneutramagnticaconrespectoalageomtrica,dandolugaraloquesedenominareaccintransversaldelinducido.

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Reaccindelinducido

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 18

Reaccindelinducido

Paracontrarrestarlareaccintransversaldelinducidoseintroducenunospolosenlalneaneutra,denominadospolosauxiliares.

Paracontrarrestarlareaccinlongitudinaldelinducidosepracticanunasranurasenlospolosprincipalesdestinadasaalojaraldenominadodevanadodecompensacin.

Ambosdevanadossealimentanenserieconelinducidoparaqueas,alestarrecorridosporlamismacorrientequeste,contrarrestensusefectosenlamismamedidaenqueseproducen.

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ElfenmenodelaconmutacinEnelmomentoenqueunabobinapasaporlalneaneutra,hadecambiarelsentidodelacorrienteenellaparaque,comoyasehacomentado,elparsemantengaenelmismosentido.Laecuacindelabobinaindicaquelatensinenbornasdelamismaesproporcionalaladerivadadelflujoquelaatraviesa.Esteflujoeseldebidoalacorrienteenlapropiabobinamseldebidoalcamporesultanteenelentrehierro.Esteltimoesmximoenelmomentodelaconmutacin(pasoporlalneaneutra)ysuderivada,porlotanto,mnima(ceroidealmente).Sinembargo,shabraqueconsiderarelflujodebidoalareaccintransversaldelinducidoyalasinductanciasmutuasentrebobinasdelpropioinducido.

;

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 20

Conmutacin

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 21

Conmutacin

DeacuerdoconlaLeydeLenz,estasf.e.m.seoponenalcambiodecorrienteprovocandounaconmutacinnolineal.

Sielcambiodecorrienteesbrusco,laelevadatensin(impulsodetensin)originadaenlabobinaqueconmutaproduceunachispaporlarupturadelarigidezdielctricadelaireentredelgas.

Elproblemaesanmayorsilaconmutacinseforzarafueradelalneaneutrayaqueseaadiraelefectodebidoalflujoexterno.

Unamalaconmutacinprovocachispasenelcolectoraumentandoeldesgastedelcolectorylasescobillas

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Problemadelaconmutacin:soluciones

Polosauxiliaresodeconmutacin:Seutilizansloenmquinasdetamaomedioogrande(desdealgunoscientosdevatios).Sufuncinescontrarrestarlaosefectosdelareaccindelinducidoycrearuncamposuficienteparacompensarlatensindereactancia(deautoinduccin)delabobinaenconmutacin.

Secolocanentrelospolosprincipales,enlalneaneutrageomtrica.Enalgunasocasionesseutilizabanportaescobillas desplazablesparaajustaraojosuposicinhastaeliminarelchisporroteoenelcolector.Lomaloesquelaposicinptimadependedelacarga.

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Ecuacionesbsicasdelamquinadec.c.:f.e.m.F.e.m.enunconductor: ;

Paraelconjuntodelinducido,conz conductoresya caminosenparalelo:

Expresandolainduccinenfuncindelflujo:

;

Elreadecadapoloser:

;

Y lainduccin,porlotanto:

Lavelocidadlinealdelosconductores:

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Resulta,finalmente:

2

2

60

60

Definiendolaconstante,caractersticadelamquina:

60

Ecuacionesbsicasdelamquinadec.c.:parElparcreadoporunconductordelrotorvaldr:

Lacorrientedeunconductor,enuninducidoconacaminosenparalelo:

Elpardebidoaloszconductores:

2

Porlotanto:

2

Definiendounaconstantecaractersticadelamquina

2

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Circuitoequivalente

2 Tpicamente:

0.12 2

Despejandolavelocidad:

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Formasdeconexin(excitacin)delamquinadec.c. Excitacinindependiente. Excitacinparalela,derivacinoshunt.

Excitacinserie. Excitacincompuestaocompound.Tienendosdevanados,unoenserieyotroenparalelooindependiente.

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 27

Motordeexcitacinindependiente

Enelcircuitodelinducidotendremos: 2

Yasehavistoque:

Elfuncionamientodelmotorseestudiamediantelassiguientescurvascaractersticas: caractersticadepar caractersticadevelocidad caractersticamecnica

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Caractersticadepar:

Elpares,aexcitacinconstante,proporcionalalacorrientedelinducido.

Silamquinanoestcompensada,esdecir,sicarecededevanadosdecompensacin,amedidaqueaumentalaintensidaddisminuyeelflujo, loqueprovocaunadisminucindelpar(curvadiscontinua).

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 29

Caractersticadevelocidad:

2

2

Enmquinasnocompensadaslavelocidadcaemenosdebidoaladisminucindelflujo(lneadiscontinua).Conelrotorenreposo:

2

Puestoquelaresistenciadelcircuitoprincipalhadeserbajalaintensidaddebloqueoesmuyalta.Estamquinanosedebealimentaratensinnominalcuandoseencuentraparada.

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 30

Caractersticamecnica:

2

2

2

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 31

Caractersticamecnica.Estabilidad Cuantomenor(msnegativa)sealapendientedelacaractersticamecnica,msestableserlamquina.Lacondicindeestabilidades:

Elparmotordebeaumentaraldisminuirlavelocidadmsdeloquelohaceelparresistente

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 32

, :

, ;

Mquinadeexcitacinserie

Lospolosprincipalesestnenserieconelcircuitodelinducido.

Eldevanadodeexcitacinconstadepocasespirasfabricadasconconductoresdeelevadaseccinlaatravsdeellos.

Cuandolacorrienteesaltalamquinasaturayelflujodejadeserproporcionalaella.

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Caractersticadepar:

Intensidadesbajas:

Intensidadesaltas:

T C I

C ITI

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 34

Caractersticadevelocidad:

Intensidadesbajas:

(ecuacindeunahiprbola) Intensidadesaltas:

(ecuacindeunarecta)

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 35

n

I

Caractersticamecnica:

Intensidadesbajas:

Enestetramolacurvaessimilaraunahiprbola(conunacurvaturamsexagerada) Intensidadesaltas:

(ecuacindeunarecta)

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T

n

Problemadeaplicacin(1)

P1.Unmotordecorrientecontinuadevaloresnominales:P=10hp(1hp=746W),220V,1000r.p.m.,excitacinderivacin(Rex =100)yresistenciatotaldelcircuitodelinducido,Rind =0,4,tieneunrendimientoglobalacarganominaldel85%.Sepide:1.1Valoresnominalesdecorriente,partilyparelectromagntico.1.2Suponiendoquemueveunacargadeparresistenteproporcionalalavelocidad,quresistenciahabrqueaadirenserieconelinducidoparareducirlavelocidada500r.p.m.?.calcularelnuevorendimiento.1.3Suponiendoqueelmotorseexcitadeformaindependiente(alosmismos220V),qutensinhabrqueaplicaralinducidoparareducirlavelocidada500r.p.m.silacargaofreceahoraunparresistenteproporcionalalcuadradodelavelocidad?.Calcularelnuevorendimiento.Idem paraunacargacomoladelapartadoanterior

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 37

Problemadeaplicacin(2)

P2.UnmotorCCseriedecuatropolosgiranormalmentea600r.p.m.alimentadoa250Vyabsorbiendo20Acuandotodaslasbobinasdecampoestnconectadasenserie.Suponiendoqueelpardelacargaesdetipoventilador(proporcionalalcuadradodelavelocidad),estimarlanuevavelocidadderotacinylacorrientecuandolasbobinasdecamposecolocanendosramasenparalelo.Supngasequeelflujosemantieneentodomomentoproporcionalalaintensidaddeexcitacinyquelasprdidassondespreciables.

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MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 39

EJERCICIO:Un motor de corriente continua tiene una potencia til de 147 kW para una tensin de 500 V. Tiene una resistencia en los polos principales de 24 , 0.05 en el inducido y 0.046 en devanado de compensacin. Tiene un rendimiento del 89%. Siendo una mquina de excitacin independiente, calcular:

a) Intensidad nominal.

b) Intensidad que consumira si lo conectsemos directamente a la tensin nominal en el arranque.

SOLUCIN

a)

. 165;

330

b) La mquina est parada 0 y la conectamos a una tensin de 500. Como la mquina es de excitacin independiente, para el clculo de la corriente del inducido no se tendr en cuenta la resistencia de los polos principales. Por tanto:

500 0

0.05 0.012 0.046 4629

Comparando la intensidad nominal con la intensidad en el arranque, se observa que en el arranque se consumira 14 veces la intensidad nominal:

14

MotordeCC:arranque

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 40

MotordeCC:variacindelavelocidad

1 2

1

1

Segnestasecuaciones,lavelocidaddependedelatensin ydelflujo(mediante

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MotordeCC:variacindelavelocidad

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 42

Variacindevelocidad:diagramadebloques

MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 43

2

1

MotordeCC:zonadetrabajo

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