Unidad 2 Motores de Corriente Directa

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Unidad 2: Maquinas de Corriente Directa 2.1 Principio de Operación 2.2 Tipos de Excitación 2.3 Características par Velocidad 2.4 Aplicaciones según Características por Velocidad

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Unidad 2: Maquinas de Corriente Directa

2.1 Principio de Operación2.2 Tipos de Excitación2.3 Características par Velocidad2.4 Aplicaciones según Características por Velocidad

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Maquinas de Corriente Directa Motores de corriente directa (DC)

Motores de corriente alterna (AC):

• El Motor Asíncrono o de Inducción• Motor Síncrono: Imanes Permanentes

Reluctancia variable

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Máquinas de Corriente DirectaEl papel mas importante que desempeña el generador

de cd es alimentar de electricidad el motor de cd. En esencia, Produce corriente libre de rizo y un voltaje fijo de manera muy precisa a cualquier valor deseado desde cero hasta el valor máximo nominal; esta es en realidad una corriente eléctrica de cd que permite la mejor conmutación posible en el motor, porque carece de las formas de ondas bruscas de energía de cd de los rectificadores

El motor de cd juega un papel de importancia creciente en la industria moderna porque puede operar a cualquier velocidad desde cero hasta su máxima de régimen y mantenerla hay de forma muy precisa. Por ejemplo, Los trenes de laminación de acero que son de alta velocidad y de varias etapas, no serian posibles sin los motores de cd.

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2.1 Principio de OperaciónEl motor de corriente directa es básicamente un

transductor de par que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. El par desarrollado por el eje del motor es directamente proporcional al flujo en el campo y a la corriente en la armadura.

Tm = Km f ia

en donde Tm es el par del motor (N-m, lb-pie, u oz.-plg.), f es el flujo magnético (webers), ia es la corriente de armadura (amperes), y Km es la constante de proporcionalidad.

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El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor”

Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario,

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La “Ley de la Fuerza de Lorentz”, descubierta por el físico-matemático holandés Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928), postula que cuando una partícula cargada eléctricamente se mueve dentro de un campo magnético experimenta una fuerza perpendicular a la dirección de ese movimiento y perpendicular, a su vez, a la dirección del flujo del campo magnético.

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Motor de Corriente Directa (DC)• poder regular continuamente la velocidad del eje.• un par de arranque elevado.

Es necesario aplicar corriente continua en el inducido (bobinado situado en el rotor) y en el inductor (bobinado o imán situado en el estator)Rotor(circuito de armadura o inducido)Constituye la parte móvil del motor, proporciona el par para mover a la carga.Está formado por : Eje, Núcleo y Devanado, Colector y TapasEstator

Constituye 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 Armazón, Imán permanente, Escobillas y portaescobillas

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Motor de AC

Como ocurre en los motores DC, la corriente circula por la espira, genera un par en el bobinado. Dado que la corriente es alterna, el motor girará suavemente a la frecuencia de la forma senoidal, denominándose MOTOR ASÍNCRONO.

El más común es el Motor de Inducción, donde la corriente eléctrica es inducida en los bobinados del rotor, mas que alimentada directamente.

El campo magnético es producido por un electroimán accionado por el mismo voltaje de C.A. como en el rotor. Los bobinados que producen el campo magnético se llaman tradicionalmente los "bobinados de campo" mientras los bobinados y el rotor que gira se llaman la "armadura". En un motor de C.A. el campo magnético varia sinusoidalmente, tal y como la corriente varíe en el bobinado.

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MOTOR ASÍNCRONO O DE INDUCCIÓN

• Alrededor del 65% de la energía eléctrica en EEUU es consumida por motores eléctricos.

• Considerando únicamente el sector industrial, alrededor del 75% es consumida por motores, siendo el 90% de ellos motores de inducción

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Motor Asíncrono o de Inducción:Son los más utilizados en la industria.

Estos motores tienen la peculiaridad de que no precisan de un campo magnético en el rotor alimentado con corriente continua como en los casos del motor de corriente directa o del motor síncrono.

Una fuente de corriente alterna (trifásica o monofásica)

alimenta al estator. El estator está constituido por un núcleo en cuyo interior existen p pares de arrollamientos colocados simétricamente en un ángulo de 120º. Son sometidos a una C.A. y los polos del estator se trasladan continuamente creando un campo giratorio.

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Cuando las corrientes trifásicas son aplicadas a los bobinados, el campo magnético gira a una velocidad constante y hace que el rotor gire

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Campo giratorio en un sistemas bifásico

Cuando las corrientes trifásicas son aplicadas a los bobinados, el campo magnético gira a una velocidad constante y hace que el rotor gire

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La densidad de flujo distribuida sinusoidalmente, generada por las corrientes del estator, realizan un barrido en los conductores del rotor y generan una tensión inducida en ellos.

El resultado es un conjunto de corrientes distribuidas sinusoidalmente en las barras cortocircuitadas del rotor. La densidad de flujo distribuida sinusoidalmente, generada por las corrientes del estator, realizan un barrido en los conductores del rotor y generan una tensión inducida en ellos.

El resultado es un conjunto de corrientes distribuidas sinusoidalmente en las barras cortocircuitadas del rotor.

Eje de giro B

I

F

Corrientes y fuerzas inducidas en la jaula

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Motor Asíncrono o de Inducción:

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El campo magnético giratorio origina un flujo que induce corrientes en el rotor que interactúan con el campo magnético del estator. En cada conductor se produce una fuerza F=ilB que da lugar al par del motor.

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Corrientes y fuerzas inducidas en la jaula

Eje de giroEje de giroB

I

F

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¿Cual es la velocidad del motor?

)T(fnnn loads

min/12060

revp

f

pp

fns

s

s

s

s

ss n

nn

n

ns

Deslizamiento: diferencia entre la velocidad de sincronismo y la velocidad de giro

Torque

ns

1

0

ns

smax

Tst Tmax

Velocidad mecánica

Velocidad del flujo en el entrehierro

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El rotor intenta seguir en su movimiento al campo magnético B girando a velocidad w. La velocidad de giro w solo es igual aproximadamente ws cuando el motor está en vacío, es decir, sin carga en el eje (no realiza par). A medida que cargamos el motor, o sea, a medida que le exigimos más par en el eje, el motor disminuirá su velocidad girando entonces a una velocidad angular w<ws.Por otra parte la velocidad angular ws depende de la frecuencia de la red que alimenta al motor y de la forma en que está bobinado el estator. Según como se realiza el mismo tendremos motores de 1par de polos, de 2, de 3, etc. Tenemos que:

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De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores asincrónicos se clasifican en:

► Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

► Motor Asincrónico de Rotor Bobinado

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los motores asíncronos se clasifican de acuerdo a la forma de construcción del rotor.

Las bobinas del estator induce corriente alterna en el circuito eléctrico del rotor (de manera algo similar a un transformador) y el rotor es obligado a girar.

Este es el rotor que hace que el generador asíncrono sea diferente del generador síncrono. El rotor consta de un cierto número de barras de cobre o de aluminio, conectadas eléctricamente por anillos de aluminio finales

Rotor de jaula de ardilla

a

b

ci

i

i

Stator coil

Rotor coils

Rotor bobinadoEl motor de jaula de ardilla tiene el inconveniente de que la resistencia del conjunto es invariable, no son adecuados cuando se debe regular la velocidad durante la marcha

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3 devanados en el estator desfasados 2p/(3P) siendo P nº pares de polos

El Nº de fases del rotor no tiene porqué ser el mismo que el del estator, sí será igual el número de polos. Los devanados del rotor están conectados a anillos colectores montados sobre el mismo eje

Los conductores del rotor están igualmente distribuidos por la periferia del rotor. Los extremos de estos conductores están cortocircuitados, no habiendo conexión con el exterior. La posición inclinada de las ranuras mejora el arranque y disminuye el ruido

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► Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

Rotor de jaula simple

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► Motor Asincrónico de Rotor Bobinado

CA

Rs r

100

s

ss

cteL

MpVA

1

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siendo

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Si hacemos girar el rotor de forma manual a una velocidad superior a la velocidad síncrona del generador, en ese caso el rotor se mueve más rápidamente que el campo magnético giratorio del estator, lo que significa que, una vez más, el estator inducirá una gran corriente en el rotor. Cuanto más rápidamente hagamos girar el rotor, mayor será la potencia transferida al estator en forma de fuerza electromagnética, y posteriormente convertida en electricidad suministrada a la red eléctrica

Funcionamiento como generador