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MOTOR DE CORRIENTE CONTINUAJ_patino2802@hotmail.com Página 1
Curso: Máquinas Eléctricas (Taller V) Tema: N° 1
Motores de Corriente Continua
Grado: XII-A y C Electricidad
Preparado por: Prof. JORGE L, PATIÑO V. Lic. En tecnología Eléctrica.
Marzo, de 2018.
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2. Motor de corriente continua
2.1 Fundamentos de operación.
2.2.1 De Imán Permanente.
2.2.2 De Electroimán.
3. Clasificación de los motores de Corriente Continua según la forma de excitación.
3.1 Excitación independiente.
4.1.1 Mecánicas
4.1.2 Eléctricas.
5.1.1 Ver cuadro.
8. Velocidad del motor de corriente continua
9. Caja de bornes
11. Pruebas de mantenimiento a los motores de c.c
12. Conclusión
13. Bibliografía
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INDICE
Introducción
El motor eléctrico permite la transformación de energía eléctrica en energía mecánica, esto se logra mediante la
rotación de un campo magnético alrededor de una espira o bobinado que toma diferentes formas.
Al pasar la corriente eléctrica por la bobina ésta se comporta como un imán cuyos polos se rechazan o atraen
con el imán que se encuentra en la parte inferior; al dar media vuelta el paso de corriente se interrumpe y la
bobina deja de comportarse como imán, pero por inercia se sigue moviendo hasta que da otra media vuelta y la
corriente pasa nuevamente repitiéndose el ciclo haciendo que el motor rote constantemente.
Son de los más comunes y económicos, y puedes encontrarlo en la mayoría de los juguetes a pilas, constituidos, por lo general, por dos imanes permanentes fijados en la carcaza y una serie de bobinados de cobre ubicados en el eje del motor, que habitualmente suelen ser tres.
El funcionamiento se basa en la interacción entre el campo magnético del imán permanente y el generado por las bobinas, ya sea una atracción o una repulsión hacen que el eje del motor comience su movimiento, bueno, eso es a grandes rasgos... Ahora nos metemos un poco más adentro... Cuando una bobina es recorrida por la corriente eléctrica, esta genera un campo magnético y como es obvio este campo magnético tiene una orientación es decir dos polos un polo NORTE y un polo SUR, la pregunta es, cuál es ¿cuál? y la respuesta es muy sencilla, si el núcleo de la bobina es de un material ferromagnético los polos en este material se verían así...
Como puedes ver, estos polos pueden ser invertidos fácilmente con sólo cambiar la polaridad de la bobina, por otro lado, al núcleo de las bobinas las convierte en un electroimán, ahora bien, si tienes nociones de el efecto producido por la interacción entre cargas, recordarás que cargas opuestas o polos opuestos se atraen y cargas del mismo signo o polos del mismo signo se repelen, esto hace que el eje del motor gire produciendo un determinado torque
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Te preguntarás que es el torque..., pues es simplemente la fuerza de giro, si quieres podríamos llamarle la potencia que este motor tiene, la cual depende de varios factores, como ser; la cantidad de corriente, el espesor del alambre de cobre, la cantidad de vueltas del bobinado, la tensión etc. esto es algo que ya viene determinado por el fabricante, y que nosotros poco podemos hacer, más que jugar con uno que otro parámetro que luego describiré. La imagen anterior fue solo a modo descriptivo, ya que por lo general suelen actuar las dos fuerzas, tanto atracción como repulsión, y más si se trata de un motor con bobinas impares. Estos motores disponen de dos bornes que se conectan a la fuente de alimentación y según la forma de conexión el motor girará en un sentido u otro, veamos eso justamente...
Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y
velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de
procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues el motor de corriente
alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor
medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas
aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro-motores, etc.)
Motor de corriente continua Un motor eléctrico de Corriente Continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en
movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.
FUNDAMENTOS DE OPERACIÓN DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS
En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se
concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y
repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos
alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos
diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación.
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Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de inducción, descubierto por Michael
Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado
en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una
corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio que André Ampere observó en 1820, en el que
establece: que, si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético,
éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.
El movimiento giratorio de los motores de C.C. se basa en el empuje derivado de la repulsión y atracción entre polos
magnéticos. Creando campos constantes convenientemente orientados en estator y rotor, se origina un par de
fuerzas que obliga a que la armadura (también le llamamos así al rotor) gire buscando "como loca" la posición de
equilibrio.
https://www.youtube.com/watch?v=Dipsdb2l9Sc
https://www.youtube.com/watch?v=dxOL1V_bM7k
Gracias a un juego de conexiones entre unos conductores estáticos, llamados escobillas, y las bobinas que lleva el
rotor, los campos magnéticos que produce la armadura cambian a medida que ésta gira, para que el par de fuerzas
que la mueve se mantenga siempre vivo.
LOS MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA PUEDEN SER DE DOS TIPOS ATENDIENDO A SU FORMA
DE EXCITACIÓN:
EXCITACIÓN INDEPENDIENTE
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magnet), en tamaños de fracciones de caballo y de
números pequeños enteros de caballos. Tienen varias
ventajas respecto a los del tipo de campo devanado. No se
necesitan las alimentaciones de energía eléctrica para
excitación ni el devanado asociado. Se mejora la
confiabilidad, ya que no existen bobinas excitadoras del
campo que fallen y no hay probabilidad de que se presente
una sobrevelocidad debida a pérdida del campo. Se
mejoran la eficiencia y el enfriamiento por la eliminación
de pérdida de potencia en un campo excitador. Así
mismo, la característica par contra corriente se aproxima
más a lo lineal. Un motor de imán permanente (PM) se
puede usar en donde se requiere un motor por completo
encerrado para un ciclo de servicio de excitación
continua.
Los motores de excitación independiente tienen como aplicaciones industriales el torneado y taladrado de
materiales, extrusión de materiales plásticos y goma, ventilación de horno, retroceso rápido en vacío de
ganchos de grúas, desenrollado de bobinas y retroceso de útiles para serrar. El motor de excitación
independiente es el más adecuado para cualquier tipo de regulación, por la independencia entre el control por el
inductor y el control por el inducido. El sistema de excitación más fácil de entender es el que supone una fuente
exterior de alimentación para el arrollamiento inductor. En la siguiente figura, se representa el inducido por un círculo;
la flecha recta interior representa el sentido de la corriente principal y la flecha curva, el sentido de giro del inducido;
el arrollamiento inductor o de excitación, se representa esquemáticamente, y el sentido de la corriente de excitación,
por medio de una flecha similar.
Autoexcitación:
El sistema de excitación independiente, solamente se emplea en la práctica en casos especiales debido, sobre
todo, al inconveniente de necesitar una fuente independiente de energía eléctrica. Este inconveniente puede
eliminarse con el denominado principio dinamoeléctrico o principio de autoexcitación, que ha hecho posible el
gran desarrollo alcanzado por las máquinas eléctricas de corriente continua en el presente siglo.
MOTOR SERIE: Es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo (campo
magnético principal) se conecta en serie con la armadura. Este devanado está hecho con un alambre grueso porque
tendrá que soportar la corriente total de la armadura.
Debido a esto se produce un flujo magnético proporcional a la corriente de armadura (carga del motor). Cuando el
motor tiene mucha carga, el campo de serie produce un campo magnético mucho mayor, lo cual permite un esfuerzo
de torsión mucho mayor. Sin embargo, la velocidad de giro varía dependiendo del tipo de carga que se tenga (sin
carga o con carga completa). Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y pueden acelerar cargas
pesadas rápidamente.
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MOTOR SHUNT O MOTOR PARALELO: Es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está
conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar.
Al igual que en las dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca
sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.
https://www.youtube.com/watch?v=wbe73uEyGbo
Conexión con excitación en derivación
MOTOR COMPOUND: Es un motor de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores
independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito
formado por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar.
Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el
cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado 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 que su flujo se añade al flujo del campo principal
shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound
acumulativo. Cuando el campo serie se conecta de manera tal que su flujo se opone al flujo del campo principal
shunt. Los motores compound que se conectan normalmente de esta manera se denominan como compound
diferencial.
Esto provee una característica de velocidad que no es tan “dura” o plana como la del motor shunt, ni tan “suave”
como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del
campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua
compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de
velocidades amplio.
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LAS PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SON:
Partes de las que se compone.
Las partes de un motor de cc se pueden dividir en dos grupos:
Las partes mecánicas: compuesta por la carcasa que como es evidente es la parte estática de la máquina, las tapas laterales también llamados escudos, las fijaciones de la máquina, el núcleo del inducido que es la parte móvil de la máquina que gira apoyada sobre rodamientos (como se conoce comúnmente con el nombre de cojinetes) solidarios a las tapas laterales antes mencionadas.
Las partes electromagnéticas: formada principalmente por un circuito magnético formado por un empilado de chapas magnéticas formando las masas polares del inductor, dos circuitos eléctricos formados por dos devanados diferentes; el devanado inductor que va alojado alrededor de las masas polares, el otro circuito es el devanado inducido que va alojado en las ranuras en la parte que gira (llamada rotor) que pueden estar formados por hilos o pletinas dependiendo de la potencia del motor.
Como su nombre lo indica, un motor eléctrico de corriente continua, funciona con corriente continua. En estos motores, el inductor es el estator y el inducido es el rotor. Fueron los primeros en utilizarse en vehículos eléctricos por sus buenas características en tracción y por la simplicidad de los sistemas de control de la electricidad desde las baterías. Presentan desventajas en cuanto al mantenimiento de algunas de sus piezas (escobillas y colectores) y a que deben ser motores grandes si se buscan potencias elevadas, pues su estructura (y en concreto el rozamiento entre piezas) condiciona el límite de velocidad de rotación máxima.
Esquema de un motor de corriente continua
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Inductor.
Polo inductor.
Inducido, al que va arrollado un conductor de cobre formando el arrollamiento.
Núcleos polares, va arrollando, en forma de hélice al arrollamiento de excitación.
Cada núcleo de los polos de conmutación lleva un arrollamiento de conmutación.
Conmutador o colector, que esta constituido por varias láminas aisladas entre sí.
El arrollamiento del inducido está unido por conductores con las laminas del colector. Sobre la superficie del
colector rozan unos contactos a presión mediante unos muelles. Dichas piezas de contacto se llaman escobillas. El
espacio libre entre las piezas polares y el inducido se llama entrehierro.
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De doble jaula.
ESTATOR: Es el que crea el campo magnético fijo, al que le llamamos Excitación. En los motores pequeños se
consigue con imanes permanentes. Cada vez se construyen imanes más potentes, y como consecuencia
aparecen en el mercado motores de excitación permanente, mayores.
ROTOR: También llamado armadura. Lleva las bobinas cuyo campo crea, junto al del estator, el par de fuerzas
que le hace girar.
Inducido de C.C.
ESCOBILLAS: Normalmente son dos tacos de grafito que hacen contacto con las bobinas del rotor. A medida
que éste gira, la conexión se conmuta entre unas y otras bobinas, y debido a ello se producen chispas que
generan calor. Las escobillas se fabrican normalmente de grafito, y su nombre se debe a que los primeros
motores llevaban en su lugar unos paquetes hechos con alambres de cobre dispuestos de manera que al girar el
rotor "barrían", como pequeñas escobas, la superficie sobre la que tenían que hacer contacto.
COLECTOR: Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan a cabo intercalando una corona de
cobre partida en sectores. El colector consta a su vez de dos partes básicas:
DELGAS: Son los sectores circulares, aislados entre sí, que tocan con las escobillas y a su vez están
soldados a los extremos de los conductores que conforman las bobinas del rotor.
MICAS: Son láminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de manera que el
conjunto forma una masa compacta y mecánicamente robusta.
Cátedra: Máquinas Eléctricas (Taller V) Grupos: XII-AyC Electricidad Facilitador: Jorge L, Patiño V.
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Visto el fundamento por el que se mueven los motores de C.C., es fácil intuir que la velocidad que alcanzan éstos
dependen en gran medida del equilibrio entre el par motor en el rotor y el par antagonista que presenta la resistencia
mecánica en el eje.
EXCITACIÓN.)
La Excitación no es más que la producción de un campo magnético a través la aplicación de un voltaje de c.c a los
terminales de la bobina principal.
TIPOS DE EXCITACIÓN
La forma de conectar las bobinas del estator es lo que se define como tipo de excitación. Podemos distinguir entre:
INDEPENDIENTE: Los devanados del estator se conectan totalmente por separado a una fuente de corriente
continua, y el motor se comporta exactamente igual que el de imanes permanentes. En las aplicaciones
industriales de los motores de C.C. es la de configuración más extendida.
AUTOEXCITACIÓN: El propio motor proporciona su excitación; y la podemos dividir en tres tipos que son:
o SERIE: Consiste en conectar el devanado del
estator en serie con el de la armadura. Se emplea
cuando se precisa un gran par de arranque, y
precisamente se utiliza en los automóviles. Los
motores con este tipo de excitación se embalan en
ausencia de carga mecánica. Los motores con esta
configuración funcionan también con corriente
alterna.
misma tensión, lo que permite un perfecto control
sobre la velocidad y el par.
o COMPOUND: Del inglés, compuesto, significa que
parte del devanado de excitación se conecta en serie,
y parte en paralelo. Las corrientes de cada sección
pueden ser aditivas o sustractivas respecto a la del
rotor, lo que da bastante juego, pero no es este el
lugar para entrar en detalles al respecto.
Cátedra: Máquinas Eléctricas (Taller V) Grupos: XII-AyC Electricidad Facilitador: Jorge L, Patiño V.
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Velocidad del motor de corriente continua Como ya hemos dicho, la configuración más popular es la de excitación independiente, y a ella se refieren las dos
expresiones que vienen a continuación:
1. La velocidad es proporcional al valor de la tensión media de C.C. esto es válido siempre que se mantengan
constantes, las condiciones de excitación y el par mecánico resistente.
2. El valor de la tensión media aplicada a las conexiones de la armadura del motor se distribuye fundamentalmente
de la forma:
U: Tensión media aplicada.
RxI: Caída de tensión debida a la corriente que circula por el inducido.
E: Fuerza contra electromotriz inducida (velocidad).
Según el punto (1), la velocidad se puede variar empleando
-Rectificadores controlados para proporcionarle en todo momento la tensión media adecuada. Para
medir su velocidad podemos emplear, según el punto (2), un método alternativo a la dinamo tacométrica y que
consiste en restar a la ecuación (1) la caída de tensión (RxI) en la resistencia de las bobinas de armadura, (con
amplificadores operacionales) quedándonos solo con el valor correspondiente a la fuerza contraelectromotriz (E),
muestra directa de la velocidad.
En nuestro entorno, tendemos a pensar que allá donde encontremos motores de corriente continua es muy posible
que sea debido a la necesidad de tener que poder variar la velocidad de forma sencilla y con gran flexibilidad. APLICACIONES DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA.
Los Motores de Corriente Directa (CD) o Corriente Continua (CC) se utilizan en casos en los que es importante el
poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es
imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo
de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo numero de carbones. Los
motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:
Los motores eléctricos de corriente continua son el tema de base que se amplia en el siguiente trabajo, definiéndose en el mismo los temas de más relevancia para el caso de los motores eléctricos de corriente continua, como lo son: su definición, los tipos que existen, su utilidad, distintas partes que los componen, clasificación por excitación, la velocidad, la caja de bornes y otros mas.
En este apartado comentaré la aplicación clásica de este tipo de motores que, entre otras funciones, siempre se habían utilizado por las prestaciones que tienen en su regulación y variación de velocidad, pero el avance de la tecnología es imparable y debido a la electrónica de potencia han aparecido en estos años variadores de frecuencia, chopers y otros elementos que, poco a poco, están desbancando el motor de corriente continua por el motor de inducción en c.a. El motor serie: dado su elevado par de arranque es utilizado, sobre todo, en tracción eléctrica. Son motores que no pueden funcionar sin carga ya que podría embalarse la máquina produciéndose su destrucción. El motor derivación: se utilizan en tornos, taladros, bombas, ventiladores, etc. El motor…