INSTITUTO NACIONAL TECNOLOGICODIRECCION GENERAL DE FORMACION PROFESIONAL

DEPARTAMENTO DE CURRICULUM

MANUAL PARA EL PARTICIPANTEMOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

INSTRUCTOR: Roberto José Oviedo Díaz

ESPECIALIDAD: Electricidad

AGOSTO 2008

INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICO (INATEC)DIRECCION GENERAL DE FORMACION PROFESIONALDEPARTAMENTO DE CURRÍCULUM

Unidad de Competencia:

• Instalador de motores eléctricos

Elementos de Competencias:

• Motores de Corriente Continua.

AGOSTO 2008

INDICE

INTRODUCCION ............................................................................................................. 1OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................... 1OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................. 1RECOMENDACIONES GENERALES ............................................................................. 2UNIDAD I: MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA ................................................... 31- INTRODUCCION A LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA ........................ 3

- 1.1-Introducción .......................................................................................................... 31.2 -Partes principales de un motor de cc ........................................................................ 31.3-Núcleo de armadura y eje ......................................................................................... 41.4- Armadura devanada en tambor ................................................................................ 51.5-Conmutador ............................................................................................................. 61.6- Conjunto de escobillas ............................................................................................ 71.7- Principios básicos de funcionamiento ...................................................................... 91.8- Fuerza contraelectromotriz de un motor de C.C ..................................................... 101.9- Clasificación según el servicio .............................................................................. 111.10- Rendimiento ........................................................................................................ 11

2- CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE C.C ........................................................ 112.1-Motor serie............................................................................................................. 122.2- Motor de derivación o SHUNT ............................................................................. 142.3-Motores compound de C.C .................................................................................... 162.4 Motor Eléctrico sin escobilla ................................................................................. 193- Potencia nominal de los motores .............................................................................. 20

EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN ....................................................................... 23GLOSARIO ..................................................................................................................... 24BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................. 25

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INTRODUCCIONEl manual del participante “Motores de corriente continua” pretende que los(as)participantes adquieran las destrezas y habilidades necesarias para la conexión ypuesta en funcionamiento de Motores de corriente continua.

El manual contempla una unidad modular, donde sus contenidos se desarrollan enorden lógico desde los elementos más sencillos hasta llegar a los más complejos.

El manual del participante esta basado en sus módulos y normas técnicosrespectivas y corresponde a la unidad de competencia “Instalador de MotoresEléctricos” de la especialidad de técnico en electricidad.

Se recomienda realizar las actividades y los ejercicios de auto evaluación paraalcanzar el dominio de la competencia: Instalador de Motores Eléctricos, paralograr los objetivos planteados, es necesario que los(as) y las participantes tenganen cuenta las normas de seguridad, para prevenir accidentes eléctricos al instalarmotores de corriente continúa.

OBJETIVO GENERAL

§ Realizar eficientemente, montaje, conexión y puesta en funcionamiento deMotores de corriente continúa, tomando en cuenta normas de seguridad.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

§ Explicar correctamente el funcionamiento del motor de CC partiendo de losprincipios físicos.

§ Enumerar correctamente diferentes partes del motor de corriente continuade acuerdo a su clasificación.

§ Clasificar correctamente motores de corriente continua.

§ Realizar correctamente arranque del motor eléctrico de corriente continua.

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RECOMENDACIONES GENERALES

Para iniciar el estudio del manual, debe estar claro que siempre su dedicación yesfuerzo le permitirá adquirir la Unidad de competencia a la cual responde elMódulo Formativo de motor de corriente continua.

• Al iniciar el estudio de los temas que contiene el manual debe estar claroque su dedicación y esfuerzo le permitirá adquirir la competencia a la cualresponde el Módulo formativo.

• Al comenzar un tema debe leer detenidamente los objetivos yrecomendaciones generales.

• Trate de comprender las ideas y analícelas detenidamente paracomprender objetivamente los ejercicios de auto evaluación.

• Consulte siempre a su docente, cuando necesite alguna aclaración.

• Amplíe sus conocimientos con la bibliografía indicada u otros textos queestén a su alcance.

• A medida que avance en el estudio de los temas, vaya recopilando susinquietudes o dudas sobre éstos, para solicitar aclaración durante lassesiones de clase.

• Resuelva responsablemente los ejercicios de auto evaluación.

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UNIDAD I: MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA1- INTRODUCCION A LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

- 1.1-IntroducciónLa máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Sufácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejoresselecciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con eladvenimiento de la electrónica han caído en desuso pues los motores de corrientealterna del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios másaccesibles para el consumidor promedio de la industria. A pesar de esto el uso demotores de corriente continua (motores c.c.) sigue y se usan en aplicaciones detrenes o tranvías.

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctricaen mecánica, principalmente mediante el movimiento rotativo. En la actualidadexisten algunas nuevas aplicaciones con motores que no convierten el movimientoen rotación, si no que con algunas modificaciones, ejercen la tracción sobre unriel. Estos motores se conocen como motores lineales.La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad deregulación de su velocidad desde vacío a plena carga.

Un motor de corriente continua está compuesto de un estator y un rotor. Enmuchos motores c.c., generalmente los más pequeños, el estator está compuestode imanes para crear un campo magnético. En motores c.c. más grandes estecampo magnético se logra con devanados de excitación de campo.

El rotor es el dispositivo que gira en el centro del motor y está compuesto dearrollamientos de cable conductores de corriente continua. Esta corriente continuaes suministrada al rotor por medio de las "escobillas" generalmente fabricadas decarbón.

1.2 -Partes principales de un motor de ccExisten diferentes tipos de motores, pero de entre todos tal vez sean los llamados“motores de corriente continua” los que permiten ver de un modo más simplecómo obtener movimiento gracias al campo magnético creado por una corriente.El elemento situado en el centro es la parte del motor que genera el movimiento.Se la llama armadura o rotor, y consiste en un electroimán que puede girarlibremente entorno a un eje. Dicho rotor está rodeado por un imán permanente,cuyo campo magnético permanece fijo. (Figura 1 )

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Figura 1 Partes principales de un motorEl elemento situado en el centro es la parte del motor que genera el movimiento.Se la llama armadura o rotor, y consiste en un electroimán que puede girarlibremente entorno a un eje. Dicho rotor está rodeado por un imán permanente,cuyo campo magnético permanece fijo.

1.3-Núcleo de armadura y ejeEl termino armadura o rotor (Figura 2 ) se aplica a la parte giratoria del motor.Cuando se observa un motor en marcha, generalmente se ve el eje que gira. el ejees una extensión externa de la armadura que pasa a través de la cubierta ycoraza del motor, se encuentra en el lado opuesto al extremo del conmutador delmotor.

Figura 2 Núcleo y ejeUn núcleo de armadura típico es un cilindro sólido que tiene ranuras y esta hechode metal. En realidad, el núcleo esta formado por delgadas muescas en la orilla;están revestidas con un barniz aislante y comprimido para formar el núcleo. En elproceso de formación, las muescas se alinean de manera que el núcleo acabadotiene una serie de ranuras longitudinales en todo su perímetro. Las laminacionesse usan en el núcleo con objeto de reducir pérdidas por corrientes parásitas.

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Las corrientes parásitas son las que se inducen en una material conductor cuandoeste corta líneas de flujo magnéticas.Las laminaciones reducen el área donde pueden existir corrientes parásitas y, enconsecuencia, aumenta la resistencia relativa del material; así pues, se reducenlas pérdidas de potencia debidas a corrientes parásitas.

El uso de acero dulce como material del núcleo reduce las perdidas por histéresisque, las cuales ocurren cuando las inversiones de magnetización del material delnúcleo están atrasadas con respecto a las inversiones de la corriente. (Figura 3)

Las ranuras del núcleo ya formado sirven para alojar las espiras de alambre decobre o devanados de la armadura. El núcleo de armadura esta montado sobre eleje del motor, el cual generalmente es una barra de acero duro con superficieinterna de contacto muy bien pulida. El método de montaje del núcleo sobre el ejevaría considerablemente, según los distintos motores.

Figura 3 Proceso de armado de un motor CC

1.4- Armadura devanada en tamborLas espiras o bobinas que constituyen la armadura devanada en tambor se hallanalrededor del núcleo de la armadura, alojando los lados de las bobinas en lasranuras del núcleo. Las ranuras suelen estar aisladas con papel de pescado paraproteger los devanados. En muchas armaduras, las bobinas son formadaspreviamente para darles su forma definitiva y luego se colocan en las ranuras delnúcleo. A esto se le llama devanado de formas y se lleva a cabo ya seaconformando las bobinas sobre un molde de madera o doblándolas en una prensaantes de colocarlas sobre el tambor.

Cada devanado siempre es igual que otro en la armadura y, al final, la armaduradevanada siempre debe ser perfectamente simétrica. Después de que las bobinas

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de armadura se han colocado sobre el núcleo, en la ranura del núcleo se ponencuñas de material aislante para fijar las bobinas.

Después de esto, se usan bandas adhesivas de acero para asegurase las bobinasde manera que no sean expulsadas por la fuerza centrifuga producidas durante larotación de la armadura. Básicamente, hay dos formas en que se dispone eldevanado de los tambores en uso: Devanados imbricados y devanadosondulados. El imbricado se usa para motores de baja tensión y alta corriente. Elondulado se usa en motores que requieren alta tensión y baja corriente. (Figura 4 )

Figura 4 Devanado en tambor1.5-ConmutadorEl conmutador consta de segmentos conductores particulares(Figura 5 ) hechosde cobre y aislados entre sí con láminas delgadas de mica. Cada segmento, consus separadores de mica, se monta en un molde cilíndrico y se sujeta a las demáspor medio de una brida de sujeción. Los segmentos se aíslan de la brida desujeción mediante anillos de mica.

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Figura 5 ConmutadorLas puntas de las bobinas de armadura se conectan a las partes sobresalientes delos segmentos de conmutador, las cuales se conocen como colas. Algunossegmentos del conmutador se fabrican sin colas y, en su lugar, tienen ranuras enlos extremos, a los cuales se conectan las puntas de la bobina de armadura.Después de armado el conmutador, se tornea la superficie en formaperfectamente cilíndrica y se pule hasta darle un acabado muy terso, lo cualasegura que la fricción entre la superficie de conmutación y las escobillas sea almínimo finalmente, esto es de gran importancia, el aislamiento de mica entre lossegmentos se recorta de modo que quede ligeramente abajo de la superficie delos segmentos del conmutador, a fin de que no interfiera el paso de las escobillas.Generalmente, después de que el motor a estado en servicio durante algúntiempo, la superficie de cobre del conmutador se desgasta. Para que el motorfuncione satisfactoriamente, siempre que el cobre se desgaste hasta el nivel de lamica, es necesario recortarlo nuevamente, al mismo tiempo es necesario tornearel conmutador, para que mantenga su forma cilíndrica.

1.6- Conjunto de escobillasEl conjunto de escobillas está formado por las escobillas o carbones, (Figura 6a)sus sujetadores y resortes de escobillas. Las escobillas propiamente dichas estánhechas de carbón suave que contiene una gran proporción de grafito (Figura 6b).Este material tiene dos objetivos:

• Es lo suficientemente suave como para que el conmutador sólo sedesgaste al mínimo.

• Al mismo tiempo es lo suficientemente duro para que la escobilla no sedesgaste con demasiada rapidez.

Nunca debe aplicarse lubricación entre las escobillas y el conmutador, pues la quepudiera necesitarse la proporciona el grafito de las escobillas.

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Figura 6 a Escobilla y carbonesGeneralmente las escobillas están montadas cada una pieza llamada portaescobilla. Estas piezas mantienen una posición fija y están montadas en lacubierta del motor, aunque aisladas de ella. La escobilla se coloca holgadamenteen el porta escobilla y un resorte la empuja para que no pierda contacto con elconmutador. El ajuste flojo y la presión del resorte hacen posible que las escobillastengan cierta libertad de movimiento en sus sujetadores, de manera que puedanajustarse a las pequeñas irregularidades de la superficie del conmutador.

En muchos motores la presión del resorte se puede ajustar según la especificacióndel fabricante. Si la presión es excesiva, las escobillas se desgastarán demasiadorápidamente. Si es insuficiente, se hará mal contacto, lo cual también produciráchisporroteo y operación irregular del motor.

Figura 6b Tipos de carbones

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En la mayor parte de los motores, la conexión eléctrica entre las escobillas y lafuente externa de potencia es como sigue: las escobillas propiamente dichas estánconectadas eléctricamente a su porta escobillas respectivas (Figura 7 ) por mediode alambres de cobre prensado, llamados “colas de puerco”. A su vez, lossujetadores están conectados a pernos que van en el exterior de la cubierta delmotor. Tanto los porta escobillas como los pernos están aislados de la cubiertamisma. Los pernos constituyen los puntos de unión a los cuales se puedenconectar las terminales de potencia al motor.

Aunque las escobillas están diseñadas para durar largo tiempo, siempre se hacende manera que se desgasten más rápidamente que el conmutador, debido a quees más barato y fácil sustituir las escobillas que reparar una armadura.

Generalmente se hacen escobillas de bastante longitud, de manera que puedanmantenerse en servicio durante un periodo relativamente largo antes de quequeden desgastadas hasta el punto en que sea necesario sustituirlas.

El resorte mantiene a la escobilla firmemente apoyada contra el conmutadordurante toda su vida útil.

Figura 7 Portaescobillas1.7- Principios básicos de funcionamientoCuando un conductor por el que fluye una corriente continua es colocado bajo lainfluencia de un campo magnético, se induce sobre él (el conductor) una fuerzaque es perpendicular tanto a las líneas de campo magnético como al sentido delflujo de la corriente. (Figura 8 ).

Figura 8 FuncionamientoPara tener una idea más clara se tiene que colocar este conductor con respecto aleje de rotación del rotor para que exista movimiento. En este caso la corriente porel conductor fluye introduciéndose en el gráfico. (Figura 9 )

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Figura 9 Grafico de funcionamientoPero en el rotor de un motor de CC, no hay solamente un conductor, sino muchos.Si se incluye otro conductor exactamente al otro lado del rotor y con la corrientefluyendo en el mismo sentido, el motor no girará pues las dos fuerzas ejercidaspara el giro del motor se cancelan.Es por esta razón que las corrientes que circulan por conductores opuestos debentener sentidos de circulación opuestos. Si se hace lo anterior el motor girará por lasuma de la fuerza ejercida en los dos conductores.Para controlar el sentido del flujo de la corriente en los conductores se usa unconmutador que realiza la inversión del sentido de la corriente cuando el conductorpasa por la línea muerta del campo magnético.

La fuerza con la que el motor gira (el par motor) es proporcional a la corriente quehay por los conductores. A mayor tensión, mayor corriente y mayor par motor.

1.8- Fuerza contraelectromotriz de un motor de C.CCuando un motor de corriente continua es alimentado, el voltaje de alimentaciónse divide entre la caída que hay por la resistencia de los arrollados del motor y unatensión denominada fuerza electromotriz (FEM). (Figura 10)

Figura 10 Fuerza ElectromotrizDonde:

Vm = tensión de entrada al motor (voltios)

Ra = resistencia del devanado de excitación (ohmios)

Ia = corriente de excitación (amperios / amperes)

Vb = FEM debido al giro del motor (voltios)

Aplicando la ley de tensiones de Kirchoff:

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Vm = Vb + (Ia x Ra) o Vb = Vm - (Ia x Ra)

Nota: Observar de la ultima ecuación que cuando sube el valor de Ia, disminuye elValor de Vb.

La FEM es proporcional a la velocidad del motor y a la intensidad del campomagnético. Si el motor tiene rotor con imán permanente esta constante es: K = Vb / Nd.Donde: - K = constante de FEM del motor y se expresa en Voltios / rpm. - Nd = Velocidad de giro del motor en rpm.

1.9- Clasificación según el servicio

Es importante conocer la clase de servicio a la que estará sometida una máquina:

• Servicio continuo: Corresponde a una carga constante durante un tiemposuficientemente largo como para que la temperatura llegue a estabilizarse.

• Servicio continuo variable: Se da en máquinas que trabajan constantementepero en las que el régimen de carga varía de un momento a otro.

• Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo están separados por tiemposde reposo. Factor de marcha es la relación entre el tiempo de trabajo y laduración total del ciclo de trabajo.

• Servicio uní horario: La máquina está una hora en marcha a un régimenconstante superior al continuo, pero no llega a alcanzar la temperatura queponga en peligro los materiales aislantes. La temperatura no llega aestabilizarse.

1.10- Rendimiento

De manera general, se define como la relación entre la potencia útil y la potenciaabsorbida expresada en %.

2- CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE C.C

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como esténconectados, en:

• Motor serie• Compound• Shunt• Sin escobillas

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2.1-Motor serieEs un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el devanado decampo (campo magnético principal) se conecta en serie con la armadura. (Figura11a )Lo cual significa que fluye una corriente común a través de ambos devanados. Loque suceda a la corriente de armadura a causa del impulso de una carga se“siente” automáticamente en el devanado de campo. Este devanado está hechopor un alambre grueso, ya que tendrá que soportar la corriente total de laarmadura.Debido a esto se produce un flujo magnético proporcional a la corriente dearmadura (carga del motor). Cuando el motor tiene mucha carga, el campo serieproduce un campo magnético mucho mayor, lo cual permite un esfuerzo de torsiónó par mucho mayor, y este tipo de motores desarrolla un torque muy elevado en elarranque.Sin embargo, la velocidad varia extensamente dependiendo el tipo de carga quese tenga, por ejemplo sin carga (no-load) (Figura 11b)o con carga completa (full-load). (Figura 11c)

Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y pueden acelerarcargas pesadas rápidamente. Manejan cargas pesadas muy por encima de sucapacidad completa.

Por lo tanto, el motor serie no funciona a velocidad constante. Ya que si el par eselevado, la velocidad es baja; y cuando el par es bajo la velocidad es alta. Portanto podemos decir que el par y la velocidad son inversamente proporcionales.

Figura 11 a ,b Funcionamiento motor serie sin carga

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Figura 11 c Funcionamiento motor serie con carga

Capacidad de arranqueEl motor de serie puede dar un par de arranque muy elevado y, por lo tanto,satisfacer la necesidad de tener un par grande para sobrecargas intensas súbitas.Esto se debe a que el par del motor de serie varía casi en la misma forma que elcuadrado de la corriente que pasa por él. Si la corriente de la armadura setriplicara súbitamente por una sobrecarga, la corriente que fluya en el campo y, enconsecuencia, la intensidad de flujo automáticamente también se triplicaría. Comoel par es el producto de la corriente de armadura por la intensidad del flujo, el parresultante seria nueve veces mayor que el original.

Figura 12 Capacidad de arranqueLos motores serie son útiles cuando se aplica al motor cargas muy variables. En laindustria, los motores de serie se usan para efectuar trabajo rudo en grúas, trenessubterráneos, locomotoras etc. (Figura 12)

Debido a esta característica, los motores serie se usan siempre que el necesita unpar de arranque alto contra cargas intensa que deben permanecer acopladas a eldurante una operación completa. Los motores de serie son especialmenteefectivos cuando es probable que en la operación se produzca una sobrecargasúbita muy intensa. Sin embargo, no conviene usar el motor de serie paraaplicaciones en que se requiere una velocidad relativamente constante, tanto sincarga como a plena carga.

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2.2- Motor de derivación o SHUNTEl motor de derivación debe su nombre al hecho de que su devanado. (Figura 13)De campo esta conectado a la línea de alimentación de potencia en paralelo conel devanado de armadura, lo cual significa que existe una trayectoriaindependiente para el flujo de corriente a través de cada devanado. En un motorde derivación la corriente de campo puede mantenerse constante y el circuito dearmadura sólo sirve para controlar al motor. Así, una de las principalescaracterísticas de este tipo de motor es que puede mantener una velocidadconstante al alimentar una carga variable y la carga puede quitarse totalmente sinpeligro para el motor.

Figura 13 Motor de derivaciónEl recorrido del devanado indicará que el circuito de campo y el circuito dearmadura son independientes. Por lo tanto, éste es un motor de derivación. Senotara que los polos intermedios están en serie con el circuito de armadura parahacer que respondan a cambios de corrientes de armadura.Al aumenta la carga de un motor de derivación. El efecto inmediato es reducir lavelocidad de armadura. La reducción de la velocidad de la armadura reduce lafcem, produciendo un aumento en la cantidad de corriente de armadura que fluye,lo cual tiene el efecto de aumentar el para acelerar nuevamente la armadura. Elfenómeno se presenta en forma inversa cuando se quita carga de un motorderivado.

Control de velocidadEl motor de derivación puede funcionar a varias velocidades mediante un controlreostático ya sea en serie con el devanado de campo, el devanado de armadura oambos. El uso de un reóstato en serie (Figura 14) con el devanado de campo es elmétodo más común de variar la velocidad de un motor derivado. Esto es preferiblea usar un reóstato de armadura (Figura 15 ) debido a que la corriente de campo es

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menor que la corriente de armadura y, en consecuencia, la pérdida de potencia enel reóstato es mucho menor cuando éste está en el circuito de campo. Comoresultado, se dispone de mayor cantidad de corriente para el funcionamiento realdel motor.

Al agregar una resistencia en serie con el campo, fluye menos corriente de campo,la intensidad de campo disminuye y el motor se acelera. Esto sucede debido aque, cuando la armadura giratoria corta menos líneas de flujo, la fcem tiende adisminuir.

Esto hace posible que fluya más corriente en la armadura, lo que ocasiona unaumento de par fuera de proporción con la cantidad requerida. Como resultado, elmotor se acelera rápidamente y la fcem aumenta a un valor en el cual la corrientese reduce hasta que produce la cantidad correcta de par.

Si se agrega menos resistencia en serie con el campo, la intensidad del campoaumenta y la marcha del motor se vuelve más lenta.

Con cualquier parte del reóstato en el circuito, una porción del voltaje dealimentación se reduce en él y fluye menos corriente a través del elemento delmotor que este en serie con él.

Figura 14 Reóstato en serie de campo

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Figura 15 Reóstato de armadura

Sensibilidad a fluctuaciones de corrienteUna de las características notables del motor de derivación es que acelera cuandodisminuye la corriente en el devanado de campo. Esta característica se aprovechapara controlar la velocidad del motor de derivación con un reóstato de campo enserie.

El aumento de velocidad y la disminución en la intensidad del campo se deben auna reducción de fcem y un aumento correspondiente en la corriente de armadura.Cuando sucede esto, el aumento en corriente de armadura produce a su vez unaumento en el par fuera de toda proporción con la reducción de intensidad delcampo.Si la intensidad de campo repentinamente se vuelve muy débil, como cuando seabre un devanado de campo y solo el magnetismo residual mantiene el campo, elmotor de derivación empezara a funcionar muy rápidamente, y se dice que sedesboca. El funcionamiento desbocado puede destruir completamente al motor,que en la mayor parte de los casos, no se ha construido para resistir el esfuerzofísico de trabajar a esta velocidad. De la misma manera, cuando el circuito decampo de un motor de derivación esta completamente abierto, el motorprobablemente se quemará debido a la elevada corriente de armadura que toma.

2.3-Motores compound de C.CEl motor Serie tiene características especiales que no tiene el de Derivación yviceversa. Por ejemplo:

• La característica de velocidad constante del motor de derivación no seencuentra en el motor serie.

• La excelente característica de alto par en el motor serie no se encuentra enel motor de derivación.

Es conveniente combinar las características de cada uno de ellos, en un solomotor.

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Estas características (Figura 16) se pueden combinar dando al motor dosdevanados de campo:Uno de ellos en serie con la armadura y el otro en paralelo con ella. A este tipo demotor de corriente continua se le denomina motor compound.

Figura 16 Características del motor compound

Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado delcampo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambregrueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.

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El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armaduravaria, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta demanera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt.

Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominancomo compound acumulativo. Esto provee una característica de velocidad la cualno es tan “dura” o plana como la del motor shunt, no tan “suave” como un motorserie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo, ladebilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura delmotor sin carga.

Los motores DC compound son algunas veces utilizados donde se requiera unarespuesta estable de torque constante a través de un amplio rango de velocidad.

En consecuencia con la combinación se han agregado algunas de las cualidadesdel motor de serie al de derivación.

Un motor serie al cual se le ha agregado un campo en derivación. El motor deserie común se “desboca” cuando no tiene carga, debido, en parte, a que el flujode campo disminuye constantemente.

Al agregar un campo en derivación de flujo constante, la velocidad del motortiende a limitarse a un valor razonable, como en el caso del motor común dederivación.

Si se disponen los devanados de campo del motor compound de manera que laintensidad de uno sea mayor que la del otro, se logrará que el motor compoundse a semeje más al motor de serie o al de derivación.

En este control de la intensidad relativa de ambos campos se basa la clasificaciónde los motores compound acumulativos y compound diferencial. La mayor partede estos motores son del tipo compound acumulativo.

Si se conecta el devanado de campo en derivación con la armadura y con eldevanado de campo en serie, se obtiene un motor compound acumulativo dederivación larga. (Figura 17) Si el devanado de campo se conecta sólo con laarmadura, entonces se tiene un motor compound acumulativo de derivación corta.(Figura 18)

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Figura 17 Con derivación larga

Figura 18 Con derivación cortaLa mayor parte de los motores compound prácticos que se usan actualmente sonde los tipos compound acumulativo en derivación larga y corta. Rara vez seemplean motores de combinación diferencial.

2.4 Motor Eléctrico sin escobillaUn motor sin escobillas es un motor que no emplea escobillas para realizar elcambio de polaridad en el rotor.

Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillosrozantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento,desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producirpartículas de carbón que manchan el motor de un polvo que además puede serconductor.

Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alternaasíncronos. Hoy en día gracias a la electrónica, se mostraron muy ventajosos, yaque son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento,pero su control era mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se haeliminado con los controles electrónicos.

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El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua y otra vez enalterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente concontinua eliminado el primer paso.Por este motivo estos motores de corriente alterna se pueden usar en aplicacionesde corriente continua con un rendimiento mucho mayor que un motor de corrientecontinua con escobillas.Algunas aplicaciones serian los coches y aviones con radio control que funcionancon pilas.Otros motores sin escobillas que solo funcionan con corriente continua son los quese usan en pequeños aparatos eléctricos de baja potencia como Lectores deCDROM, ventiladores de ordenador, Cassetes, etc.Su mecanismo se basa en sustituir la conmutación (Cambio de polaridad)mecánica por una electrónica sin contacto. En este caso la espira solo esimpulsada cuando el polo es el correcto y cuando no lo es, el sistema electrónicocorta el suministro de corriente. Para detectar la posición de la espira del rotor seutiliza la detección de un campo magnético.

Este sistema electrónico además puede informar de la velocidad de giro o si estáparado, e incluso cortar la corriente si se detiene para que no se queme.

Tienen la desventaja de que no giran al revés al cambiarles la polaridad (+ y -).Para hacer el cambio se deberían cruzar dos conductores del sistema electrónico.

Un sistema algo parecido para evitar este rozamiento en los anillos se usa en losalternadores. En este caso no se evita el uso de anillos rozantes sino que se evitausar uno más robusto y que frenaría mucho el motor.Actualmente los alternadores tienen el campo magnético inductor en el rotor, queinduce el campo magnético al estator, que a la vez es inducido.Como el campo magnético del inductor necesita mucha menos corriente que laque se va generar en el inducido, se necesitan unos anillos con un rozamientomenor.Esta configuración la usan desde pequeños alternadores de coche hasta losgeneradores de centrales con potencias del orden de los megavatios.

3- Potencia nominal de los motoresLos motores se clasifican según la carga que pueden impulsar y a lo cual se lellama salida de potencia. También se clasifican por la potencia eléctrica quetoman de la línea, llamada la entrada de potencia, y por la calidad con quetransforman energía eléctrica en energía mecánica, a lo que se le llama eficiencia.

La salida de la potencia es una medida de la energía mecánica que el motortransmite a plena carga y se indica en caballos de fuerza.

El caballaje es una forma de indicar la cantidad de trabajo que puede efectuar unmotor en determinado periodo de tiempo, en comparación con un caballo.

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Un caballo de fuerza equivale a 33,000 libras –pies de trabajo por minuto. Lacantidad de libras-pie de trabajo que produce un motor es igual a su parmultiplicado por la velocidad a que funciona.

Puede calcularse el caballaje de cualquier motor si se conocen su par y suvelocidad. El par se puede medir directamente por medio de un dispositivo que sellama freno de prony (Figura 19) y la velocidad se puede determinar mediante untacómetro, o contador de revoluciones por minuto, y un reloj Generalmente, en laplaca de datos del motor se indica el caballaje nominal del mismo.

Figura 19 Prueba de freno pronyLa unidad del freno de prony se fija a una polea especial sobre el eje del motor. Elapriete de los pernos roscados hace que el freno gire junto con el motor. Sinembargo, el brazo del freno está limitado por la escala de un resorte. El par es elproducto de lo que se lee en la escala (fuerza en Kilogramos) por la longitud delbrazo de par en metros

La potencia eléctrica que toma un motor de c-c de la línea de alimentación essimplemente el producto de la corriente por el voltaje, y se expresa en watts.

Potencia = Voltaje x Corriente

PWatts = EVolts x IAmps

Desgraciadamente, no toda la potencia que llega a un motor es recuperada comopotencia mecánica útil para impulsar la carga. Parte de la potencia se consumecomo calor en el devanado de campo, otra parte se consume en forma de calor en

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la armadura, y otra parte se utiliza para vencer los efectos de carga mecánicadebidos a la fricción, la resistencia del aire, etc. En todos estos casos se consumeuna cantidad de potencia que no se transfiere a la carga como energía mecánica.

Esta potencia pedida recibe el nombre de pérdidas. (Figura 20) La salida depotencia de un motor siempre es igual a su entrada de potencia menos todas lasperdidas de potencia.

Figura 20 Perdidas de calor en un motorLa eficiencia de un motor es una medida de la transformación de la entrada depotencia en salida de potencia. Si las pérdidas son bajas, se dice que la eficienciaes alta. La eficiencia se determina dividiendo la entrada de potencia entre la salidade potencia y multiplicando por 100, para obtenerla en porcentaje, la entrada,expresada en watts, se puede dividir entre la salida expresada en caballos defuerza(hp), debido a que existe una relación definida entra ambas, que es lasiguiente:

1hp = 746 Watts

La clasificación de la información en la placa de datos del motor generalmentesuministra la información suficiente para obtener o calcular todo lo que se necesitaconocer del motor.

Con frecuencia, los motores se clasifican según la entrada en caballos de fuerzade acuerdo con esta clasificación un motor de ¼ hp, por ejemplo, tendrá unasalida algo menor de ¼ hp debido a las perdidas.

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EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓNDespués del estudio de la unidad I, te sugiero que realices los siguientes ejerciciosde autoevaluación, lo que permitirá fortalecer tus conocimientos.

I. Responda la siguiente pregunta.1. ¿Mencione las partes principales del motor?

2. ¿Que es el conmutador?

3. ¿Qué son los carbones?

4. ¿Mencione el principio básico de funcionamiento del motor de c.c.?

5. ¿Cómo se clasifican los motores de c.c?

6. ¿Mencione las características del motor serie?

7. ¿Mencione las características del motor Shunt?

8. ¿Mencione las características del motor Compound?

9. ¿Mencione las características del motor sin escobillas?

10. ¿Qué significa potencia nominal en los motores c.c.?

11. ¿Qué significa rendimiento?

II. Realice una práctica de puesta en funcionamiento de un motor de c.c.

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GLOSARIO

Devanado: es un arrollado compuesto de cables conductores que tiene unpropósito específico dentro de un motor

FEM: fuerza electromotriz

RPM: revoluciones por minuto

Corriente continua (c.c.): Es el flujo continuo de electricidad a través de unconductor entre dos puntos de distinto potencial.

Par de giro: Es la fuerza con que gira un eje. Se mide en kilogramo*metro (MKS)o newton*metro (S.I.).

Par motor: Es la fuerza con que gira un motor. El giro de un motor tiene doscaracterísticas: el par motor y la velocidad de giro. Por combinación de estas dosse obtiene la potencia.

Eficiencia: La eficiencia o rendimiento de un motor eléctrico es una medida de suhabilidad para convertir la potencia eléctrica que toma de la línea en potenciamecánica útil. Se expresa usualmente en por ciento de la relación de la potenciamecánica entre la potencia eléctrica, esto es:

Placa de fábricaSe dispone de placas de fábrica de acero inoxidable adicionales.

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BIBLIOGRAFIA

• Motores de CA “Soluciones en las que sí se puede confiar”Manual de Instrucciones B-3605-9S, Abril de 1999Rockwell Automation SystemsReliance Electric.

• ABC Maquinas Eléctricas. Enríquez Harper

• Maquinas Eléctricas.