MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Ing. JORGE COSCO GRIMANEY

Sistema Eléctrico

Maquina Eléctrica

Sistema Mecánico

Flujo de energía como MOTORMOTOR

Flujo de energía como GENERADORGENERADOR

Las máquinas eléctricas son convertidores electromecánicos capaces de transformar energía desde un sistema eléctrico a un sistema mecánico o viceversa

Clasificación:Clasificación:

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

En los motores eléctricos las espiras rotativas del conductor son guiadas mediante la fuerza magnética ejercida por el campo magnético y la corriente eléctrica. Se transforma la energía eléctrica en energía mecánica.      

Fuerza y Torque sobre una espira con corriente

ESPIRA QUE ROTA ENTRE CARAS POLARES

Si en lugar de un conductor rectilíneo se introduce una espira con los extremos conectados a una determinada resistencia y se le hace girar en el interior del campo, de forma que varíe el flujo magnético abrazado por la misma, se detectará la aparición de una corriente eléctrica que circula por la resistencia y que cesará en el momento en que se detenga el movimiento. El sentido de la corriente viene determinado por la ley de Lenz.

Principio de funcionamiento de un generadorgenerador

eind = 2vBl

Se basan en la ley de Faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético se generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento".

FEM INDUCIDO

eind = 2vBl

2inde

Funcionamiento del Motor DCFuncionamiento del Motor DCCampo Magnético Campo Magnético en el Motor DCen el Motor DC Cuando una corriente eléctrica pasa a

través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motor

Fuerza MagnéticaFuerza Magnéticaen el Motor DCen el Motor DC Cuando una corriente eléctrica pasa a

través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motor

Movimiento de la espiraMovimiento de la espira Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motor

ParParen el Motor DCen el Motor DC            

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motor

2ind i

PARTES DE UN MOTOR DE CC

Para funcionar, precisa de dos circuitos eléctricos:

• El circuito de campo magnético El circuito de campo magnético • El circuito de la armaduraEl circuito de la armadura.

El campo magnético (básicamente un imán o un electroimán) permite la transformación de energía eléctrica recibida por la armadura en energía mecánica entregada a través del eje. La energía eléctrica que recibe el campo se consume totalmente en la resistencia externa con la cual se regula la corriente del campo magnético. Es decir ninguna parte de la energía eléctrica recibida por el circuito del campo, es transformada en energía mecánica.

La armadura consiste en un grupo de bobinados alojados en el rotor y en un ingenioso dispositivo denominado colector mediante el cual se recibe corriente continua desde una fuente exterior y se convierte la correspondiente energía eléctrica en energía mecánica que se entrega a través del eje del motor.

El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales :

RotorRotor(circuito de armadura o inducido)(circuito de armadura o inducido)

• Eje• Núcleo y Devanado• Colector• Tapas

Constituye la parte móvil del motor, proporciona el par para mover a la carga.

Está formado por

Eje : Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector.

Núcleo : Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule.

Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado).

RotorRotor

Devanado : Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado.

Colector : Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas.

La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas.

• Armazón• Imán permanente• Escobillas y portaescobillas

EstatorEstatorConstituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio.

Está formado por

Carcasa

Constitución general:Constitución general: MOTORES DC

Armazón : Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales : servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán permanente, para completar el circuito magnético.

Imán permanente : Compuesto de material ferromagnético altamente remanente, se encuentra fijado al armazón o carcasa del estator. Su función es proporcionar un campo magnético uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interactúe con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la interacción de estos campos.

MOTORES DC

Espiras y Bobinas

S

F

F

I

N

Brush

V

RotorArmature

windings

FLUJO DE POTENCIAS EN MAQUINAS de CC

FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN MOTORES de CC

FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN GENERADORES de CC

TIPOS de MOTORES CC

Motor de Corriente Directa (DC):Motor de Corriente Directa (DC):

Los distintos modos de conectar los arrollamientos de excitación de los motores de corriente continua constituyen la base para poder modificar ampliamente las formas de funcionamiento de estos motores. Según sea la conexión elegida, los motores reciben nombres especiales.

A continuación se exponen los sistemas de excitación más utilizados en la práctica:

- Excitación por Imanes Permanentes.

- Excitación Independiente.

- Auto excitación.

- Excitación Serie.

- Excitación Paralelo.

- Excitación Compuesta.

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA CON EXCITACIÓN SEPARADA

CIRCUITO EQUIVALENTE CON EXCITACIÓN SEPARADA

CIRCUITO EQUIVALENTE EN DERIVACIÓN

indAT

KR

KV

2)(

Aind

T RK

KV

VT = EA + IARA

VT = Kφώ + IARA

K

I indA

Un motor en derivación de 50 Hp, 250 V, 1200 rev/min con devanados de compensación, tiene una resistencia de inducido de 0,06 ohms. Su circuito de campo tiene una resistencia total de 50 ohms con lo que produce una velocidad de vació de 1200 rev/min. Tiene 1200 vueltas por polo en el devanado en derivación. IF es constante

Dibujar la característica par velocidad del motor cuando IL es 100 A, 200 A y 300 A

00 nn

EE

A

A

CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR EN SERIE

Kc

RR

Kc

V SA

ind

T

1

ind = KφIA = KcIA2

VT = EA + IA (RA + RS)

KcI indA

SAind

T RRKc

KV

indKc

CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR COMPUESTO

VT = EA + IA (RA + RS)

IA = IL - IF

IF = VT/RF

PROBLEMA

APLICACIONES de losMOTORES de CC

MODIFICACIÓN DE LA VELOCIDAD; actuando sobre la alimentación de los devanados del motor.

a.1.- Una opción consiste en modificar el flujo de excitación que crea el inductor, es decir, Vf, así, cambiará la velocidad y el par. Como los cambios de la velocidad y el par tienen tendencia contraria, la potencia, puede permanecer constante. (Regulación de campo o de potencia constante).

a.2.- Otra opción consiste en mantener el flujo de excitación que crea el inductor y variar la tensión del inducido Va, en este caso se modificara la velocidad ya que la corriente de armadura Ia permanece prácticamente constante. El par permanecerá constante al no variar la corriente de armadura pero la potencia proporcionada variara como consecuencia del cambio en la velocidad. (Regulación del inducido o de par constante).

Motor de Corriente Directa (DC):Motor de Corriente Directa (DC):

TacogeneradoresPara el control de máquinas operatrices de control numérico, máquinas textiles y otras aplicaciones que requieran velocidad continua controlada o aceleraciones y desaceleraciones de programas prefijados.

Circuito Tipo Frecuencia

de rizado

Cuadrante de

funcionamiento

Media onda 3fs

semiconvertidor 6fs

Convertidor

Totalmente

controlado

6fs

Convertidor

dual 6fs

►Variadores monofásicos/ trifásicos CA/CC

Troceador Configuración Cuadrante funcionamiento

Tipo A

Tipo B

►Troceadores o Choppers CC/CC

Troceador Configuración Cuadrante funcionamiento

Tipo C

Tipo D

Tipo E

►Troceadores o Choppers CC/CC

Actuadores :

CONVERTIDOR: Debe permitir obtener tensión y corriente directa e inversa para poder trabajar en 4

cuadrantes. La tensión media de salida debe variar linealmente con la señal de control para

obtener una buena precisión del control de posición. Debe proporcionar una corriente con un buen factor de forma para minimizar las

fluctuaciones en la velocidad y par del motor.

TROCEADORES RECTIFICADORES CONTROLADOS

Motores paso a paso: Características

• Similares a los motores de corriente continua.

• Diferencia principal: se usan más para posicionamiento electromecánico.

• Otras diferencias:

– la conmutación de polos es externa;

– nº polos grande, paso pequeño ->precisión en movimientos

– nº de polos variable (relacionado con nº pasos necesario para completar una vuelta)

Motores paso a paso: Tipos de steppers

• Existen 3 tipos básicos:

– De reluctancia variable

– De imán permanente

– Híbridos

• Se diferencian por el tipo de construcción (uso o no de imanes permanentes en el rotor y estatores de acero laminado).

Motores bipolares

Motores unipolares