MQUINASDECORRIENTECONTINUA1y2
CONSTITUCIN,PRINCIPIODEFUNCIONAMIENTO,ECUACIONESBSICAS,CARACTERSTICASDEFUNCIONAMIETO
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 1
Principiodefuncionamiento
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 2
N
S
Eje directo
Eje en cuadratura
Elfuncionamientocomomotorsebasaenlafuerzaqueapareceporlainteraccinentrelosconductoresdelrotoryelcampomagnticocreadoporlospolosprincipales.Elfuncionamientocomogeneradorsebasaenlaf.e.m.inducidaenlosconductoresdelrotoralmoverseenelsenodelcampomagnticocreadoporlospolosprincipales.Tantocuandofuncionacomomotorcomocuandolohacecomogeneradorambosefectosaparecensimultneamente.
ELEMENTOSBSICOS
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 3
Partefijaoesttor(inductor) 1.Carcasaoenvolventemecnica(norepresentada) 2.Culata 3.Polosprincipales 4.Ncleospolares. 5.Zapataoexpansinpolar. 6.Devanado/sinductor/es. 7.Polosauxiliaresodeconmutacin. 8.Arrollamientodelospolosauxiliares. 9.Escobillas 10.Devanadodecompensacin. Partemvilorotor(Inducido) 10.Arrollamientodelinducido. 11.Colectordedelgas(conmutador).
ElementosdelamquinadeC.C.
EsttoroInductor: Eslapartedelamquinadestinadaaproducirelcampomagnticoprincipal,necesarioparaqueseoriginenlasfuerzasmecnicasylasf.e.m inducidasenrotor(inducido).Formadoporunacoronadematerialferromagnticodenominadaculata oyugo.Ensuinterior,regularmentedistribuidosyennmeropar,vandispuestosunossalientesradialesconunaexpansinensuextremo,denominadospolos,sujetosmediantetornillosalaculata.Rodeandolospolossehallanunasbobinasdehilo,opletinadecobreaisladocuyamisines,alseralimentadas,crearelcampomagnticoinductor,elcualpresentaralternativamentepolaridadesnorteysur.Salvolasmquinasdepotenciareducida(demenosde1kW)encontramostambinenelesttor,alternandoconlospolosprincipales,otrosdemenortamaollamadospolos deconmutacin.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 4
ElementosdelamquinadeC.C.Elesttorconstadelaspartessiguientes: Culata: eslapartedelcircuitomagnticofijonorodeadapordevanadosydestinadaaunirlospolosdelamquina.
Piezapolaropolo: eslapartedelcircuitomagnticosituadaentrelaculatayelentrehierro,incluyendoelncleoylaexpansinpolar.
Ncleo: Eslapartedelcircuitomagnticorodeadaporeldevanadoinductor. Devanadoinductor: eselconjuntodeespirasdestinadoaproducirelflujomagnticoprincipal.
Expansinpolar: eslapartedelapiezapolarmsprximaalinducidoycuyamisinesaumentarlazonadestebaadaporelcampoinductor.
Poloauxiliarodeconmutacin: Esunpolomagnticosuplementariodestinadoamejorarlaconmutacin.Suelenemplearseenlasmquinasdemedianaygranpotencia.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 5
ElementosdelamquinadeC.C.
RotoroInducido: Eslapartedelamquinaenlaquesealojanlosconductoresdelinducidoydestinada,porlotanto,aproducirelparylaf.e.m.inducidos.Formadoporunejedeacero quesesoportaaunacoronacilndricadematerialferromagntico formadaabasedechapasdehierroalsilicio,aisladasunasdelasotrasporunacapadebarnizodexido. Lacoronade chapamagnticapresentaensusuperficieexternaun ranurado dondesealojaeldevanadoinducidodelamquina.Estedevanadoestaconstituidoporbobinasdehiloodepletinadecobreconvenientementeaislados,cerradosobresmismoalconectarelfinaldelaltimabobinaconelprincipiodelaprimera.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 6
ElementosdelamquinadeC.C.Elinducidoconstadelassiguientespartes:
Ncleodelinducido: eslapiezacilndricamontadasobreelcuerpo(oestrella)fijadoaleje,yconstruidoabasedechapasmagnticas.Disponedeunasranurasparaalojareldevanadoinducido.
Devanadoinducido: eselconjuntodebobinasalojadasenlasranurasdelrotor yresponsableprincipaldelaconversinelectromecnicadeenergaensuinteraccinconelcampoinductor.
Colector: esunconjuntodelminasdecobre(delgas),deseccintrapezoidalyaisladasunasdeotrasqueformanuntubocilndricosolidarioalejedelamquina.Elcolectortienetantasdelgascomobobinasposeeeldevanadoinducidodelamquina.
Escobillas: piezasrelativamenteblandasdecarbn,grafitoometalgrafitado que,untoconelcolector,establecenlaconexinelctrica, porcontactodeslizante, entreelinducidoyelcircuitodecorrientecontinuaexterior.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 7
ElementosdelamquinadeC.C.
Entrehierro Eselespaciodeaireentrelasexpansionespolaresyelrotor.Debetenerunespesorsuficienteparaevitarelrozamiento,aunquecuantomsbajoseastemenorreluctanciatendrelcircuitomagnticoy,porlotanto,mayorflujoparaunamismaf.m.m..Enmquinasgrandessueleserdevariosmmyenpequeasde1mmoinclusomenos.Cojinetes Sonlaspiezasquesirvendeapoyoyfijacindelejedelinducidoalacarcasa(tapas)alavezqueminimizanelrozamientoentreellos.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 8
ElementosdelamquinadeC.C.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 9
Funcionamientodelamquinadec.c.
Elfuncionamientobsicoseexplicasuponiendounaespirarectangular,quepuedegirarsobresuejelongitudinal,inmersaenelsenodeuncampomagnticoconstanteyuniforme.Cuandolaespiragiraseinduceenellaunaf.e.m.y,siestrecorridaporunacorriente,lainteraccinentrestayelcampooriginaunafuerza(fuerzadeLorentz),yporlotantounpar,quetiendeahacergirarlaespira.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 10
Colectoryescobillas Paraqueelpartengasiempreelmismosentido,esnecesarioqueelsentidodelacorrientedelosconductoresquepasandelantedecadapolomagnticoseasiempreelmismo.Paraello,laconexinelctricadecadaespiraalcircuitoexteriorserealizamediantedelgasenlosterminalesdecadabobinayescobillas.EstoobligaaqueencadaespiraseinviertalapolaridaddelacorrienteencadacicloN Sdelcampomagntico.Aestefenmenoseledenominaconmutacin.Cuantomayorseaelndebobinasydedelgasmenoreselrizadodelaf.e.m.generadaymsconstanteelpar.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 11
Tiposdebobinados
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 12
Devanadoimbricado
Devanadoondulado
Colectoryescobillas
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 13
Ejemplodedevanadoimbricadodelrotordeunamquinadec.c.decuatropolosy,porlotanto,dosparesdeescobillas.Todoslosconductoresenfrentadosaunmisopoloestnrecorridosporcorrienteenelmismosentido.Cadavezqueunaespiratieneasusdosconductoresactivossobrelalneaneutradebeinvertirselacorrienteendichaespira.
Reversibilidaddelfuncionamientodelamquinadec.c.:Generador
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 14
Cuandofuncionacomogenerador(dinamo),esunmotorprimarioelquehacegiraralrotorenelsenodelcampomagnticoinductor.Enelinducidosegeneraunvoltajeque,alseraplicadoalcircuitoexterior(cargaelctrica),provocalacirculacindeunacorrienteunidireccionalmedianteelconjuntocolectorescobillas.Elparelectromagnticointernoseoponealsentidodelmovimiento.
Reversibilidaddelfuncionamientodelamquinadec.c.:MotorCuandofuncionacomomotor,unafuenteelctricaexternaalimentaalinducidomedianteelconjuntocolectorescobillasparaproducirelparmotorunidireccionalnecesarioparamoverlacarga(mecnica).Enelinducidosegeneraunafuerzacontraelectromotriz(f.c.e.m.)queseoponealvoltajeaplicado.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 15
Reaccindelinducido
Fuerzasmagnetomotricesycamposmagnticosdelinductoreinducido
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 16
ReaccindelinducidoElcampoquerealmenteexisteenelentrehierrodelamquinaeselresultantedelosdosanteriores.Enausenciadesaturacinpodraaplicarselahiptesisdelinealidadysumarlasinduccionesdecadaunodeellosparaobtenerlatotal.Deestemodo,lainduccinmediafrenteacadapolonovariaraporlareaccindelinducido.Sinembargo,estonormalmentenoesvlidoyenlaszonasdondesesumanlasf.m.m.lainduccinresultanteesmenorquelasumadelaspartes.Porestemotivolainduccinmediafrentealospolosesmenorenpresenciadelfenmenodereaccindelinducidoqueenausenciadel.Aestoesaloquesedenominareaccinlongitudinaldelinducido.Otraconsecuenciaeselquesedesplazalalneaneutramagnticaconrespectoalageomtrica,dandolugaraloquesedenominareaccintransversaldelinducido.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 17
Reaccindelinducido
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 18
Reaccindelinducido
Paracontrarrestarlareaccintransversaldelinducidoseintroducenunospolosenlalneaneutra,denominadospolosauxiliares.
Paracontrarrestarlareaccinlongitudinaldelinducidosepracticanunasranurasenlospolosprincipalesdestinadasaalojaraldenominadodevanadodecompensacin.
Ambosdevanadossealimentanenserieconelinducidoparaqueas,alestarrecorridosporlamismacorrientequeste,contrarrestensusefectosenlamismamedidaenqueseproducen.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 19
ElfenmenodelaconmutacinEnelmomentoenqueunabobinapasaporlalneaneutra,hadecambiarelsentidodelacorrienteenellaparaque,comoyasehacomentado,elparsemantengaenelmismosentido.Laecuacindelabobinaindicaquelatensinenbornasdelamismaesproporcionalaladerivadadelflujoquelaatraviesa.Esteflujoeseldebidoalacorrienteenlapropiabobinamseldebidoalcamporesultanteenelentrehierro.Esteltimoesmximoenelmomentodelaconmutacin(pasoporlalneaneutra)ysuderivada,porlotanto,mnima(ceroidealmente).Sinembargo,shabraqueconsiderarelflujodebidoalareaccintransversaldelinducidoyalasinductanciasmutuasentrebobinasdelpropioinducido.
;
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 20
Conmutacin
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 21
Conmutacin
DeacuerdoconlaLeydeLenz,estasf.e.m.seoponenalcambiodecorrienteprovocandounaconmutacinnolineal.
Sielcambiodecorrienteesbrusco,laelevadatensin(impulsodetensin)originadaenlabobinaqueconmutaproduceunachispaporlarupturadelarigidezdielctricadelaireentredelgas.
Elproblemaesanmayorsilaconmutacinseforzarafueradelalneaneutrayaqueseaadiraelefectodebidoalflujoexterno.
Unamalaconmutacinprovocachispasenelcolectoraumentandoeldesgastedelcolectorylasescobillas
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 22
Problemadelaconmutacin:soluciones
Polosauxiliaresodeconmutacin:Seutilizansloenmquinasdetamaomedioogrande(desdealgunoscientosdevatios).Sufuncinescontrarrestarlaosefectosdelareaccindelinducidoycrearuncamposuficienteparacompensarlatensindereactancia(deautoinduccin)delabobinaenconmutacin.
Secolocanentrelospolosprincipales,enlalneaneutrageomtrica.Enalgunasocasionesseutilizabanportaescobillas desplazablesparaajustaraojosuposicinhastaeliminarelchisporroteoenelcolector.Lomaloesquelaposicinptimadependedelacarga.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 23
Ecuacionesbsicasdelamquinadec.c.:f.e.m.F.e.m.enunconductor: ;
Paraelconjuntodelinducido,conz conductoresya caminosenparalelo:
Expresandolainduccinenfuncindelflujo:
;
Elreadecadapoloser:
;
Y lainduccin,porlotanto:
Lavelocidadlinealdelosconductores:
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 24
Resulta,finalmente:
2
2
60
60
Definiendolaconstante,caractersticadelamquina:
60
Ecuacionesbsicasdelamquinadec.c.:parElparcreadoporunconductordelrotorvaldr:
Lacorrientedeunconductor,enuninducidoconacaminosenparalelo:
Elpardebidoaloszconductores:
2
Porlotanto:
2
Definiendounaconstantecaractersticadelamquina
2
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 25
Circuitoequivalente
2 Tpicamente:
0.12 2
Despejandolavelocidad:
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 26
Formasdeconexin(excitacin)delamquinadec.c. Excitacinindependiente. Excitacinparalela,derivacinoshunt.
Excitacinserie. Excitacincompuestaocompound.Tienendosdevanados,unoenserieyotroenparalelooindependiente.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 27
Motordeexcitacinindependiente
Enelcircuitodelinducidotendremos: 2
Yasehavistoque:
Elfuncionamientodelmotorseestudiamediantelassiguientescurvascaractersticas: caractersticadepar caractersticadevelocidad caractersticamecnica
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 28
Caractersticadepar:
Elpares,aexcitacinconstante,proporcionalalacorrientedelinducido.
Silamquinanoestcompensada,esdecir,sicarecededevanadosdecompensacin,amedidaqueaumentalaintensidaddisminuyeelflujo, loqueprovocaunadisminucindelpar(curvadiscontinua).
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 29
Caractersticadevelocidad:
2
2
Enmquinasnocompensadaslavelocidadcaemenosdebidoaladisminucindelflujo(lneadiscontinua).Conelrotorenreposo:
2
Puestoquelaresistenciadelcircuitoprincipalhadeserbajalaintensidaddebloqueoesmuyalta.Estamquinanosedebealimentaratensinnominalcuandoseencuentraparada.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 30
Caractersticamecnica:
2
2
2
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 31
Caractersticamecnica.Estabilidad Cuantomenor(msnegativa)sealapendientedelacaractersticamecnica,msestableserlamquina.Lacondicindeestabilidades:
Elparmotordebeaumentaraldisminuirlavelocidadmsdeloquelohaceelparresistente
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 32
, :
, ;
Mquinadeexcitacinserie
Lospolosprincipalesestnenserieconelcircuitodelinducido.
Eldevanadodeexcitacinconstadepocasespirasfabricadasconconductoresdeelevadaseccinlaatravsdeellos.
Cuandolacorrienteesaltalamquinasaturayelflujodejadeserproporcionalaella.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 33
Caractersticadepar:
Intensidadesbajas:
Intensidadesaltas:
T C I
C ITI
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 34
Caractersticadevelocidad:
Intensidadesbajas:
(ecuacindeunahiprbola) Intensidadesaltas:
(ecuacindeunarecta)
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 35
n
I
Caractersticamecnica:
Intensidadesbajas:
Enestetramolacurvaessimilaraunahiprbola(conunacurvaturamsexagerada) Intensidadesaltas:
(ecuacindeunarecta)
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 36
T
n
Problemadeaplicacin(1)
P1.Unmotordecorrientecontinuadevaloresnominales:P=10hp(1hp=746W),220V,1000r.p.m.,excitacinderivacin(Rex =100)yresistenciatotaldelcircuitodelinducido,Rind =0,4,tieneunrendimientoglobalacarganominaldel85%.Sepide:1.1Valoresnominalesdecorriente,partilyparelectromagntico.1.2Suponiendoquemueveunacargadeparresistenteproporcionalalavelocidad,quresistenciahabrqueaadirenserieconelinducidoparareducirlavelocidada500r.p.m.?.calcularelnuevorendimiento.1.3Suponiendoqueelmotorseexcitadeformaindependiente(alosmismos220V),qutensinhabrqueaplicaralinducidoparareducirlavelocidada500r.p.m.silacargaofreceahoraunparresistenteproporcionalalcuadradodelavelocidad?.Calcularelnuevorendimiento.Idem paraunacargacomoladelapartadoanterior
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 37
Problemadeaplicacin(2)
P2.UnmotorCCseriedecuatropolosgiranormalmentea600r.p.m.alimentadoa250Vyabsorbiendo20Acuandotodaslasbobinasdecampoestnconectadasenserie.Suponiendoqueelpardelacargaesdetipoventilador(proporcionalalcuadradodelavelocidad),estimarlanuevavelocidadderotacinylacorrientecuandolasbobinasdecamposecolocanendosramasenparalelo.Supngasequeelflujosemantieneentodomomentoproporcionalalaintensidaddeexcitacinyquelasprdidassondespreciables.
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 38
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 39
EJERCICIO:Un motor de corriente continua tiene una potencia til de 147 kW para una tensin de 500 V. Tiene una resistencia en los polos principales de 24 , 0.05 en el inducido y 0.046 en devanado de compensacin. Tiene un rendimiento del 89%. Siendo una mquina de excitacin independiente, calcular:
a) Intensidad nominal.
b) Intensidad que consumira si lo conectsemos directamente a la tensin nominal en el arranque.
SOLUCIN
a)
. 165;
330
b) La mquina est parada 0 y la conectamos a una tensin de 500. Como la mquina es de excitacin independiente, para el clculo de la corriente del inducido no se tendr en cuenta la resistencia de los polos principales. Por tanto:
500 0
0.05 0.012 0.046 4629
Comparando la intensidad nominal con la intensidad en el arranque, se observa que en el arranque se consumira 14 veces la intensidad nominal:
14
MotordeCC:arranque
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 40
MotordeCC:variacindelavelocidad
1 2
1
1
Segnestasecuaciones,lavelocidaddependedelatensin ydelflujo(mediante
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 41
MotordeCC:variacindelavelocidad
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 42
Variacindevelocidad:diagramadebloques
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 43
2
1
MotordeCC:zonadetrabajo
MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 44
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