motores de induccion

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El desarrollo del presente trabajo se hace en relación con el principio de funcionamiento de las distintas versiones de máquinas eléctricas de corriente directa que existen, dado el amplio campo para el cual son utilizadas. El entendimiento de las máquinas de corriente continua, permiten no solo a los ingenieros si no a las personas en general una eficaz elección además de la posibilidad de evitar situaciones en las que se produzcan accidentes a causa del uso u operación inadecuada de los equipos que trabajan con este tipo de energía.

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Introducción

El desarrollo del presente trabajo se hace en relación con el principio defuncionamiento de las distintas versiones de máquinas eléctricas de corrientedirecta que existen, dado el amplio campo para el cual son utilizadas. El

entendimiento de las máquinas de corriente continua, permiten no solo a losingenieros si no a las personas en general una eficaz elección además de laposibilidad de evitar situaciones en las que se produzcan accidentes a causadel uso u operación inadecuada de los equipos que trabajan con este tipo deenerga.

En nuestra vida ha tomado gran importancia le energa eléctrica utilizada en lailuminación que sera casi imposible vivir sin ella. En muchos momentos denuestra vida estamos en contacto con linternas, encendidos de automóviles,radios portátiles, reproductores de audio ! video, computadoras portátiles,celulares, etc. "os cuales utilizan bateras como fuente de electricidad. #ara

estos aparatos la energa tomada de la batera es relativamente baja, por locual, la batera nos suministra corriente durante un periodo relativamente largode tiempo sin necesidad de cargarla nuevamente. "as bateras trabajan enbuenas condiciones cuando alimentan a dispositivos que consumen pocapotencia. En la actualidad existe gran variedad de bateras pero no soncapaces de alimentar dispositivos que requieren una potencia considerablepara su funcionamiento.

"a ma!or parte de los equipos eléctricos requieren grandes cantidades decorriente ! tensiones altas para poder funcionar. #or ejemplo, las luces de los

automóviles ! los motores, requieren tensiones e intensidades de corrientema!ores a las que puede suministrar una batera com$n para su normalfuncionamiento.

#or esto se requieren fuentes de electricidad que no sean bateras paraabastecer grandes cantidades de corriente. Estas grandes cantidades decorriente las suministran más máquinas eléctricas rotativas que reciben elnombre de generadores %dinamoeléctricos&. "os generadores dinamoeléctricospueden suministrar corriente continua para canalizarla a la utilización especficaque requiera el usuario. El generador puede dise'arse para altas o bajascorrientes.

(i faltara la energa eléctrica que producen los generadores, el mundo actualquedara prácticamente paralizado, !a que la ma!ora de las actividades querealiza el ser humano depende en su totalidad de la energa eléctrica. (imiramos a nuestro alrededor nos daremos cuenta de la importancia de lacorriente eléctrica que producen los generadores en nuestro mundo moderno,el sistema de alumbrado, las fábricas ! todos los procesos industriales estánaccionados por la corriente eléctrica que producen los generadores. "osgeneradores son tan importantes en la vida moderna, como el corazón en lavida de nuestro organismo.

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).* +spectos constructivos de las máquinas de corriente directa

Estator El estator figura siguiente puede estar formado por un n$cleo macizo olaminado. o obstante, no necesita ser laminado debido a que el flujomagnético es constante en él, ! por lo tanto, las pérdidas por efecto -ocaultson nulas. #or otra parte, el flujo necesario en el entrehierro se logra distribuir en forma aproximadamente uniforme mediante las denominadas piezaspolares, cabezas polares, caras polares o, simplemente polos, en los cuales seubica el enrollado de campo o excitación de la máquina.

En motores peque'os, las piezas polares pueden ser un imán permanente sin

enrollado de/ampo0.

1uchas de las máquinas de /./. permiten conectar el campo o excitación !asea en paralelo o en serie con la armadura, en este caso, dentro del estator pueden reconocerse los enrollados serie ! paralelo de la excitación. Engeneral, el enrollado paralelo shunt0 o de excitación independientecorresponde a un enrollado de sección transversal reducida ! alta resistividad,que soporta corrientes más bien peque'as ! que por ende, debe presentar unalto n$mero de vueltas. En el caso del enrollado serie, a través de él circula lamisma corriente que por la armadura, por tanto, es un conductor grueso, de

pocas vueltas ! baja resistividad para disminuir las pérdidas0.

2otor 

El rotor de la figura siguiente está formado por un n$cleo de fierro laminadopues cada punto del rotor es atravesado por un flujo alterno, por la frecuenciade la rotación, produciéndose pérdidas de histéresis ! de -oucault0. Elenrollado rotórico o enrollado de armadura está formado por bobinas que seubican en ductos o ranuras practicadas en la laminación.

"os terminales de las bobinas se conectan a las delgas, ubicadas en untambor, que forman el colector, donde hacen contacto rozante las escobillas o

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carbones fijas al estator, permitiendo as la entrada o salida de corriente alenrollado de armadura. +dicionalmente, en motores de más de *3456 se encuentran presentes losinterpolos ! los enrollados de compensación para máquinas de ma!or potencia! ciclo de trabajo pesado.

El eje, mediante descansos usualmente rodamientos0 se afirma a la carcasa.7ambién suele llevar un ventilador para facilitar la disipación de calor medianteconvección forzada

.

).8 #rincipio de funcionamiento.

"os dos principios fundamentales en los que se basa cualquier máquina quetransforma la energa mecánica en energa eléctrica generador electromagnético0 son los siguientes.

*.9 /uando un conductor que se encuentra situado en el interior de un campomagnético se mueve de tal forma que corta lneas de flujo magnético, segenera en él una fuerza electromotriz fem0.

8.9 +l circular una corriente eléctrica a través de un conductor situado dentro deun campo magnético, se produce una fuerza mecánica que tiende a mover alconductor en dirección perpendicular a la corriente ! al campo magnético.

:eneración de una -E1

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En las máquinas rotativas, los conductores se montan paralelos al eje derotación ! sobre el inducido, como se representa en la siguiente figura.

/uando el inducido se encuentra girando, los conductores /0 cortan las lneasde campo magnético, de este modo se genera en ellos una fem. "os puntos !las cruces representados en las secciones de los conductores /0 indican elsentido de la fem generada cuando el inducido gira en sentido contrario a lasagujas del reloj.

(i nuestra máquina funciona como generador, las fuerzas electromotricesgeneradas tienden a enviar corrientes ascendientes por ambos lados. (ifijamos nuestra atención en la figura que representa la generación de la fem0,vamos a tener corriente entre los puntos a al b, pero no circulará corriente,puesto que la tensión entre a ! b tiende a que circulen corrientes opuestas por ambos lados del arrollamiento izquierdo ! derecho0.

).; <evanados de armadura

Devanado inductor . Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujomagnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica.

Rotor ó armadura. El rotor se constru!e con chapas finas de =.; a =.) mm deespesor, aisladas unas de otras por una capa de barniz o de óxido. /onranuras en las que se introduce el devanado inducido de la máquina. Estedevanado está constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobreconvenientemente aislados, cerrado sobre s mismo al conectar el final de la$ltima bobina con el principio de la primera. (i se tratara de un rotor macizo,debido a la rotación ! provocadas por el campo magnético, apareceranintensas corrientes de -oucault en el hierro del rotor ! esto le provocara unaumento crucial en la temperatura> con lo cual se pondra en peligro al

devanado. #ara mejorar el enfriamiento del rotor, en el cuerpo del mismo se le

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practican hendiduras para una adecuada ventilación ! en el lado anterior sepueden sujetar aspas para ventilarlo.

Eje del rotor. (e fabrica de acero, debidamente maquinado ! construido atratamiento térmico cuando se necesita ensamblar con el n$cleo magnético dela armadura.

 Armadura. Está formada por un n$cleo magnético de laminación de acero alsilicio de buena calidad magnética ! la laminación tiene un espesor que puedevariar desde los *) milésimas hasta los ;= milésimas de pulgada.

"a laminación se corta en la fábrica de acero de acuerdo con las

especificaciones del dise'o haciendo uso de máquinas troqueladoras deacuerdo con una matriz que se coloca a la máquina ! que corresponde aldise'o. (eg$n la capacidad del generador la laminación usa troquelados, lasranuras, el barreno ! el u'ero para el eje ! los barrenos que van a formar losductos de ventilación de la armadura.

(eg$n la longitud que va a tener el n$cleo se le practicaran dos, tres, o másranuras periféricas que servirán para alojar un gancho de alambre de acero queservirán para asegurar las láminas dentro de la armadura cuando se utilicenranuras de tipo abierto o semicerrado, para que los conductores no va!an asalir por la acción de la fuerza centrfuga en sustitución del alambre usado

para los ganchos se utilizan actualmente cintas de fibra de vidrio llamadasgeneralmente #ol!glaes0.

En las ranuras de la armadura se colocan debidamente aisladas las bobinasque conectaran el embobinado de la máquina ! las terminales de estas bobinasvan conectadas de acuerdo con el polo del embobinado ! del paso delconmutador a las delgas correspondientes del mimo.

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Devanado inducido.  Es el devanado conectado al circuito exterior de lamáquina ! en el que tiene lugar la conversión principal de la energa. En lama!ora de los casos se utilizan devanados de varillas o hilos. ?n lazoconductor cerrado, que comienza ! termina en la parte la máquina llamadaconmutador ! recibe el nombre de bobina. ?n lazo conductor de varillasgruesas de cobre, planas, se denomina devanado de varillas> en general, solotienen una espira. "os lazos conductores formados con un n$mero ma!or deespiras, de alambre, reciben el nombre de devanados de hilo.

"a distinción entre un devanado manual ! un devanado matricial o de formatoes que en el devanado manual se puede observar en el lado opuesto alinversor de corriente un acordonado. 7odos los hilos son introducidosmanualmente en las ranuras. En el devanado de formato las bobinas sonfabricadas con una máquina especial !, posteriormente son introducidas en lasranuras. Este tipo de bobinas presentan una forma curvada.

).@ 2eacción de armadura

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"os motores <./ se clasifican de acuerdo al tipo de bobinado del campo comomotores (erie, (hunt, (hunt estabilizado, o /ompuesto /ompound0. (inembargo algunos de ellos pueden ser auto excitados o de excitación separadao pueden tener campos de imán permanente.Ellos muestran curvas mu! diferentes de torque9velocidad ! se conectan en

diferentes configuraciones para diferentes aplicaciones. +lgunos motores <./ utilizan imán permanente como campo principal,especialmente los de potencia A#0 fraccionada *B@,*B8,;B@0 ! baja potencia."os motores de imán permanente tienen la ventaja de no requerir una fuente depotencia para el campo, pero tienen la desventaja de ser susceptibles a ladesmagnetización por cargas de choque eléctricas o mecánicas. "os camposde imán permanente no se pueden ajustar para entonar el motor para ajustarsea la aplicación, como pueden los de campo bobinado.

1otor (hunt

En un motor shunt, el flujo es constante si la fuente de poder del campo es fija. +suma que el voltaje de armadura Et es constante. + medida que la corrientede la carga disminu!e desde plena carga a sin carga, la velocidad debeaumentar proporcionalmente de manera que la fuerza contra electromotriz Ecaumentará para mantener la ecuación en balance. + voltaje nominal ! campocompleto, la velocidad del motor shunt aumentará )C a medida que la corrientede carga disminu!a de plena carga a sin carga. "a reacción de armadura evitaque el flujo de campo permanezca absolutamente constante con los cambiosen la corriente de la carga. "a reacción de armadura, por lo tanto causa unligero debilitamiento del flujo a medida que la corriente aumenta. Esto tiende aaumentar la velocidad del motor. Esto se llama %inestabilidad& ! el motor se diceque está inestable.

1otor serie

En un motor serie, el flujo del campo es una función de la corriente de la carga! de la curva de saturación del motor. + medida que la corriente de la cargadisminu!e desde plena carga, el flujo disminu!e ! la velocidad aumenta. "a ratade incremento de velocidad es peque'a al principio pero aumenta a medidaque la corriente se reduce. #ara cada motor serie, ha! una mnima cargasegura determinada por la máxima velocidad de operación segura.

Motor compuesto (compound)

"os motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado delcampo shunt como se ve en la figura. Este campo serie, el cual consiste depocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura !lleva la corriente de armadura.El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente dearmadura varia, ! es directamente proporcional a la carga. El campo serie seconecta de manera tal que su flujo se a'ade al flujo del campo principal shunt.

"os motores compound se conectan normalmente de esta manera ! sedenominan como compound acumulativo.

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Esto provee una caracterstica de velocidad la cual no es tan %dura& o planacomo la del motor shunt, no tan %suave& como un motor serie. ?n motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo, la debilitacióndel campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sincarga. "os motores <./ compound son algunas veces utilizados donde se

requiera una respuesta estable de torque constante a través de un ampliorango de velocidad.

Motor shunt estabilizado

#ara vencer la potencial inestabilidad de un motor recto shunt ! reducir la%cada& de velocidad de un motor compound, un ligero devanado serie esarrollado sobre el devanado shunt. El flujo del devanado serie aumenta con lacorriente de carga ! produce un motor estable con una caracterstica de cadade velocidad para todas las cargas.El devanado serie es llamado un campo estabilizador o %stab& ! el motor un

motor shunt estabilizado. "a regulación de velocidad de un motor shuntestabilizado es tpicamente menor al *)C."a ma!ora de los motores 2eliance (uper 2#1 ! 2#1 III son shuntestabilizados. /uando el campo shunt del motor es debilitado para aumentar lavelocidad a un nivel de operación mas alto, el flujo del devanado serie llega aser un porcentaje ma!or del flujo total, de manera que a medida que lacorriente aumenta, la cada de velocidad es un porcentaje ma!or que antes.En aplicaciones donde la instabilidad resultante pudiera afectar seriamente elfuncionamiento de la maquina movida por el motor0, el campo serie puededesconectarse. En aplicaciones donde los efectos de estabilidad nos soncrticos, como en un frenado regenerativo, el campo serie puede utilizarse paramejorar el rendimiento que el provee./uando el campo serie no se conecta, el fabricante del control debe asegurar que la máxima velocidad segura del motor no es excedida ! debe reconocer laperdida de torque que resulta de la operación del motor shunt estabilizado sinel devanado serie.

).) -lujo de potencia en máquinas de corriente directa

El motor de corriente continua denominado también motor de corrientedirecta, motor // o motor </0 es una máquina que convierte la energa

eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acciónque se genera del campo magnético.

?na máquina de corriente continua generador  o motor0 se componeprincipalmente de dos partes. El estator  da soporte mecánico al aparato !contiene los devanados principales de la máquina, conocidos también con elnombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados conhilo de cobre sobre n$cleo de hierro. El rotor  es generalmente de formacilndrica, también devanado ! con n$cleo, alimentado con corriente directa

mediante escobillas fijas conocidas también como carbones0.

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El principal inconveniente de estas máquinas es el mantenimiento, mu! caro !laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas.

).D :eneradores de corriente directa

Generador de 3 hilos

El sistema de generadores de ; hilos es mu! com$n en las instalacionesmodernas ! en aquellas en las que el voltaje normal para alumbrado es de **)volts. Este sistema permite tener un voltaje de fuerza de 8;= olts ! un voltajepara el control del alumbrado de **) volts. En los generadores de ; hilos sehacen derivaciones o tomas en el devanado del inducido a *F=G conectándosea dos anillos.

#ara una máquina de dos polos los anillos colectores se abren a uncompensador o equilibrador estático del cual se toma el neutro como el que seve en el esquema. El compensador es un autotransformador, los n$cleos dehierro que tienen una elevada inductancia con el fin de proporcionar una

elevada impedancia a la corriente alterna generada en el inducido. "aresistencia óhmica es peque'a ! por eso ofrece poca resistencia a la corrientecontinua procedente del neutro. El voltaje de pico de la corriente alterna en losanillos es igual que el voltaje de la corriente continua del generador ! lacorriente en el compensador. /uando la corriente esta desequilibrada es unaconsternación de corriente alterna ! corriente contin$a.

El devanado serie de cada polo tiene que estar dividido en dos partes, una deellas conectada al positivo ! otra al negativo, en forma similar los interpolos,todo esto con el fin de obtener el efecto de carga total en la máquina.

(i se prevé el funcionamiento en paralelo de este tipo de generadores sonnecesarios dos hilos de equilibrio que habrán de conectarse entre los interpolos! los devanados serie. #or eso es lógico que los interpolos se conecten entre elinducido ! el devanado serie.

Generadores homopolares ó unipolares

  En los generadores ordinarios de corriente directa se engendra una f.e.m.alternativa ! la corriente producida se ha de rectificar o conmutar para obtener el tipo de corriente deseada. En el generador ?nipolar se produce una f.e.m.unidireccional ! no se necesita colector para la conmutación. El principio delgenerador unipolar es el de la dinamo de disco de -arada!. (i se hace girar undisco entre los dos polos de un imán se induce una tensión entre el centro ! el

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borde del disco ! finalmente se puede captar la corriente del disco colocandouna escobilla en el centro ! otra en el borde."a principal desventaja del generador unipolar es que la f.e.m. generada esmu! baja, aunque las velocidades son elevadas, es necesario conectar variasdelgas en serie si se quieren obtener tensiones de valor comercial. Htra

desventaja es la dificultad para recoger la corriente del disco dada la elevadavelocidad con que se necesita girar estos generadores.

:eneradores con escobillas de regulación

En algunos tipos de generadores peque'os particularmente en aquellos quefuncionan a velocidad variable como por ejemplo los utilizados en el automóvil,presenta ventajas, aprovechar la reacción del inducido para regular laintensidad de la corriente, s se emplea un generador (hunt o /ompound

ordinario para la carga de la batera del automóvil producirá poca corriente apeque'a velocidad ! excesiva a la velocidad máxima.

?n método mu! usado para regular la corriente en los generadores empleadosen el automóvil es el de disponer una escobilla conectándose en elarrollamiento shunt del inductor entre una de las escobillas principales ! unapeque'a escobilla entre las dos principales. Esta tercera escobilla se dispone aD=G con respecto a la escobilla negativa en dirección opuesta al sentido derotación.El arrollamiento shunt del inductor se conecta entre la tercera escobilla ! laescobilla positiva.

/uándo estos generadores se emplean para cargar bateras, como en el casodel automóvil debe ponerse un dis!untor ó interruptor que conecte la batera algenerador solamente cuando éste llegue a generar una tensión ligeramentesuperior a la que se tenga en la batera, si la velocidad del generador disminu!e, el dis!untor se abre cuándo la corriente se invierte ! empieza acircular de la batera al generador.

:eneradores con polos en derivación

Este generador es de excitación /ompound ! en él la tensión se reguladerivando una parte ma!or o menor del flujo principal, para que no pase por elinducido, empleando para ello un shunt magnético. "as caractersticas que asse obtienen presentan ciertas ventajas sobre las del generador /ompoundusual especialmente para cargar bateras.

#ara lograr esto es necesario colocar unos peque'os polos entre los polosprincipales por medio de un puente magnético, en cada puente magnético se lepráctica una ranura longitudinal con objeto de reducir su sección transversal enese punto ! hacer que el hierro junto a la ranura se sature fácilmente. +lrededor del polo de derivación se devanan espiras en serie ! el sentido del

arrollamiento es tal que este polo es del mismo signo que el principal al queesta enlazado.

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El arrollamiento en serie no puede dar lugar a ninguna inversión del flujo en elcampo principal, debido a que la reducida reacción del puente limita el flujo quepuede pasar a través del mismo. +demás, el flujo que va del polo de derivaciónhacia el inducido que queda limitado por la saturación del mismo polo, comoestos polos están saturados en el eje de las escobillas poca influencia sobre la

-.E.1. del inducido. "os polos de derivación tienen además la ventaja de que elflujo seg$n el eje de escobillas es de polaridad tal que a!uda a la conmutacióncon lo que act$an también como polos de conmutación.

:eneradores para soldadura eléctrica.

"a soldadura eléctrica es ho! en da un valioso auxiliar para las construccionesde hierro ! acero, debido al paso constante de iones entre el ánodo ! cátodo es

más fácil mantener un arco con corriente directa.

"as caractersticas del generador para soldadura por arco deben adaptarse alas condiciones especiales elegidas por el arco.

El generador debe de funcionar intermitentemente partiendo de circuito abiertohasta llegar al corto circuito que se produce cuando se ceba el arco o cuandolas partculas del metal fundido aumentan la conductividad del arco. "as curvascaractersticas de la tensión del generador en función de la intensidad decorriente deben ser tales que el arco se mantenga estable. "a longitud del arco! por consiguiente, la intensidad de la corriente ! la tensión varan rápidamentecon el tiempo de manera que el generador funciona continuamente encondiciones transitorias, produciéndose variaciones con rapidez.

En la práctica, el funcionamiento del generador no se adapta ordinariamentedebido a las condiciones transitorias del arco.

"os generadores para soldadura se fabrican de chapas de hierro ! reduciendocon esto las corrientes inducidas en el n$cleo. 7ambién se intercalanfrecuentemente una auto inductancia en serie con la carga, que se opone a lavariación de la corriente, cuando cambia la intensidad de la corriente. "a f.e.m.

de auto inductancia act$a efectivamente de modo que la caractersticatransitoria tiende a coincidir con la caracterstica de régimen constante.

#ara superar el efecto del cambio transitorio en la corriente de excitaciónproducido por el cambio del flujo, se dota con frecuencia la auto inductancia enserie con la carga de un secundario conectado a un arrollamiento dispuestosobre el circuito magnético, la dirección de este arrollamiento es tal que seconecte inducida esta oposición con la que se induce el arrollamiento inductor !por lo tanto contrasta prácticamente el efecto de la variación de la corriente él.

Existen muchos tipos especiales de generadores para soldadura, construidos

de modo que tengan las caractersticas requeridas tanto en régimen transitoriocomo en régimen constante. El tipo 5< 5elding :enerators0 construido por la

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general electric, es uno de ellos, de modo que no necesita autoinducción paraestabilizar el arco. Este tipo de generador lleva cuatro polos principales de loscuales dos polos son ad!acentes, lo que en realidad hace que sea tipo bipolar con los dos polos principales divididos, las escobillas se disponen en el planoneutro geométrico as como los polos de conmutación.

). /aractersticas con carga de los generadores de /<

"a caracterstica en carga de un generador derivación auto excitado coincidecasi con la de generador de excitación independiente como en el caso de lacaracterstica en vaco. "a tra!ectoria de la curva de la caracterstica en carga,por consiguiente es la misma que la del generador de excitación independiente.

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