TEMA: MOTOR EN CORRIENTE CONTINUAEstudiantes: ALIAGA ROJAS, YOLANDA JIMENEZ INFANTES, JORDY MORAN GUILLERMO, ALEX NAMAY JULCA, NATALIA PANTA RIVERA, PAUL VALLE ANTICONA, ALICIADocente:LIC. PAULINO SANCHEZ Asignatura:ELECTRICIDAD APLICADA

2015

1. PRESENTACIN:

El desarrollo del presente trabajo se hace en relacin con el principio de funcionamiento de las distintas versiones de mquinas elctricas de corriente continua que existe. El entendimiento de las mquinas de corriente continua, permiten no solo a los ingenieros si no a las personas en general una eficaz eleccin adems de la posibilidad de evitar situaciones en las que se produzcan accidentes a causa del uso u operacin inadecuada de los equipos que trabajan con este tipo de energa. En nuestra vida ha tomado gran importancia le energa elctrica utilizada en la iluminacin que sera casi imposible vivir sin ella. La mayor parte de los equipos elctricos requieren grandes cantidades de corriente y tensiones altas para poder funcionar, estas grandes cantidades de corriente las suministran ms mquinas elctricas rotativas que reciben el nombre de generadores dinamoelctricos. Los generadores dinamoelctricos pueden suministrar corriente continua para canalizarla a la utilizacin especfica que requiera el usuario. Los dispositivos elctricos que necesitan de la corriente continua son tan importantes en nuestra vida como los que usan la corriente alterna. La corriente continua presenta una gran ventaja sobre la corriente alterna, esta es que se puede almacenar. La desventaja que presenta es que no es posible su transporte a grandes distancia debido a la prdida que se presenta en los conductores al menos que esta se transporte a muy elevados niveles de voltaje el cual representa un costo muy elevado y casi imposible en su produccinLa corriente continua es de gran importancia ya que en la industria existen gran cantidad de procesos en los cuales es fundamental tener una gran precisin en la velocidad. En lo cual los motores de corriente directa tienen una gran aplicacin debido a la facilidad con la cual es posible regular su velocidad.Los generadores y motores de corriente directa que existen en la actualidad tienen su aplicacin dependiendo de sus caractersticas ya que los primeros pueden ofrecer un nivel bajo o alto de voltaje y la intensidad de corriente puede variar. Los motores pueden ofrecer alto par de arranque aun cuando estn sometidos a carga, segn la aplicacin que se tenga es la mquina que se va a elegir siempre buscando hacer la mejor eleccin.

2. EVOLUCIN HISTRICA:

Con el descubrimiento de la ley de la induccin electromagntica por Faraday, empieza la historia de las mquinas elctricas y hasta mediados de la octava dcada del siglo pasado, representa en esencia la historia del desarrollo de la mquina de corriente continua. La mquina pas cuatro periodos de desarrollo, a saber:1) Mquinas tipo magnetoelctrico con imanes permanentes,2) Mquinas tipo electromagntico con excitacin independiente,3) Mquinas del mismo tipo con autoexcitacin y tipo elemental del inducido.4) Mquinas del tipo de polos mltiples con inducido perfeccionado.

El primer periodo de desarrollo de la mquina de corriente continua, que abarca el tiempo desde 1831 hasta 1851, est enlazado ininterrumpidamente con los nombres de los cientficos rusos E. J. Lenz y B. S. Jacobi.

El segundo y tercero periodo de desarrollo de la mquina de corriente continua, se caracterizan por el paso a las mquinas del tipo electromagntico, al principio, con excitacin independiente, y luego, con autoexcitacin.

En el cuarto perodo de su desarrollo (de 1871 a 1886) la mquina de corriente continua adquiri los rasgos fundamentales de la construccin moderna. Para el desarrollo posterior de las mquinas de corriente continua tuvo gran importancia la creacin del convertidor con un inducido de corriente alterna a continua y el convertidor inverso de corriente continua a alterna; instalaciones con convertidores a vapor de mercurio para la alimentacin de las mquinas de corriente continua de los dispositivos industriales y los, ferrocarriles electrificados tanto en las subestaciones de traccin, como en las locomotoras elctricas.

En la tercera dcada de nuestro siglo se comienza la elaboracin de tipos especiales de mquinas elctricas con campo transversal segn el sistema de Rosenberg para la iluminacin de los trenes y la soldadura elctrica.

Las mquinas de corriente continua obtuvieron amplio empleo al principio como turbogeneradores de alta velocidad y de potencia limitada, y a continuacin como excitadores de los turbogeneradores sincrnicos de alta velocidad y alta potencia.Las mquinas de corriente continua hallaron sobre todo amplio empleo en los mecanismos auxiliares de los mandos elctricos de barco, as como para la propulsin elctrica de los barcos.

3. PLANO / ESQUEMA

4. PARTES Y CARACTERISTICAS:

4.1. Estator:Es el que crea el campo magntico fijo, al que llamamos excitacin; est constituido por una corona de material ferromagntico denominada culata o yugo en cuyo interior, van dispuestos unos salientes radiales con una expansin en su extremo, denominados polos. Estos se encuentran regularmente distribuidos y en nmero par. Los cuales se encuentran sujetados por tornillos a la culata.

Fig. 1 Estator de una mquina de corriente continua.

4.2. Yugo o carcasa: Llamada tambin envolvente que sirve para proteger a la mquina y sostener lar partes fijas de que consta el circuito magntico formado por partes del mismo.

Fig. 2 Vista de una carcasa con sus componentes.

4.3. Piezas polares tambin llamados polos: Es la parte del circuito magntico situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el ncleo y la expansin polar.4.4. Ncleo. Es la parte del circuito magntico rodeado por el devanado inductor.4.5. Devanado inductor. Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magntico, al ser recorrido por la corriente elctrica.4.6. Expansin polar. Es la parte de la pieza polar prxima al inducido y que bordea al entrehierro.4.7. Polo auxiliar o de conmutacin.Es un polo magntico suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutacin. Este suele usarse en las mquinas de mediana y gran potencia.

Fig.3 Vista del polo de conmutacin

4.8. Culata.Es una pieza de material ferromagntico, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la mquina.4.9. Base.La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecnica de operacin de la mquina, puede ser de dos tipos: a) Base frontal. b) Base lateral. 4.10. Tapa.Las tapas del generador son colocadas y aseguradas al estator por medio de pernos colocados a ambos extremos del mismo y contienen el alojamiento para los cojinetes del eje al rotor o armadura. Las tapas pueden ser del tipo conocido con el nombre de araa y pueden ser cerradas o abiertas segn el generador se construya para uso general o para prueba de polvo o de explosin. 4.11. Rotor.El rotor se construye con chapas finas de 0.3 a 0.5 mm de espesor, aisladas unas de otras por una capa de barniz o de xido. Con ranuras en las que se introduce el devanado inducido de la mquina. Este devanado est constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente aislados, cerrado sobre s mismo al conectar el final de la ltima bobina con el principio de la primera.

Fig. 4 rotor de corriente continua

Partes de rotor:4.11.1. Eje del rotor. Se fabrica de acero, debidamente maquinado y construido a tratamiento trmico cuando se necesita ensamblar con el ncleo magntico de la armadura

Fig.5 Rotor completo de una mquina de corriente directa de gran potencia.

4.11.2. Armadura. Est formada por un ncleo magntico de laminacin de acero al silicio de buena calidad magntica y la laminacin tiene un espesor que puede variar desde los 15 milsimas hasta los 30 milsimas de pulgada.4.11.3. Devanado inducido. Es el devanado conectado al circuito exterior de la mquina y en el que tiene lugar la conversin principal de la energa. En la mayora de los casos se utilizan devanados de varillas o hilos.

Fig. 6 Tipos de devanados usados en las mquinas de corriente directa. A la izquierda un devanado de varilla y a la derecha un devanado con devanado matricial.

4.12. Conmutador. Es el conjunto de las lminas conductoras construidas con segmentos de cobre electroltico que reciben el nombre de delgas, aisladas al eje y unas de otras, pero conectadas a las secciones de corriente continua del devanado y sobre las cuales frotan las escobillas.

Fig.7 Conmutador de una mquina de corriente directa usado en una pequea esmeriladora

4.13. Escobillas. La funcin de la escobillas es conducir las corrientes desde el conmutador hacia el circuito externo generalmente se fabrican de carbono y para generadores que operan con muy bajo voltaje se fabrican de cobre en algunos casos de aleaciones de carbono y cobre

Fig. 8Escobillas utilizadas en las mquinas de corriente continua.

4.14. Entrehierro. Es el espacio comprendido entre las expansiones polares y el inducido, suelen ser normalmente de 1 a 3 mm, lo imprescindible para evitar el rozamiento entre la parte fija y la mvil.4.15. Cojinetes. Tambin conocidos como rodamientos, contribuyen a la ptima operacin de las partes giratorias de la mquina. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecnicos, y para reducir la friccin, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia.Los cojinetes se pueden dividir en dos clases:a) Cojinetes de deslizamiento. Operan en base al principio de la pelcula de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo. b) Cojinetes de rodamiento. Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones: Tienen un menor coeficiente de friccin, especialmente en el arranque. Son compactos en su diseo. Tienen una alta precisin de operacin. No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante. Se remplazan fcilmente debido a sus tamaos estndares.

Fig. 9 Tipos de cojinetes usados en las mquinas elctricas.

4.17. Caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor o que salen del generador, resguardndolos de la operacin mecnica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera daarlos.

Fig. 10 Caja de conexiones de una mquina de corriente directa de gran potencia.

4.18. Carcasa. La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricacin depende del tipo de mquina, de su diseo y su aplicacin. Podemos clasificarla de la siguiente forma:a) Totalmente cerrada. b) Abierta. c) A prueba de goteo.d) A prueba de explosiones.Fig. 11 Placa de datos de una mquina de corriente continua.

e) De tipo sumergible.4.19. Placa de caractersticas. La mquina elctrica de corriente directa al igual que cualquier mquina elctrica debe llevar una placa de caractersticas que ir alojada de tal modo que sus datos puedan leerse incluso cuando se encuentren en servicio. Los datos ms importantes son: nombre del fabricante, tipo, nmero y potencia de la mquina

Tabla1. Caractersticas que contiene una placa de las mquinas de corriente directa.

5. TIPOS

Motores en derivacin (o shunt):

En estos motores, el devanado inductor se conecta en paralelo con el devanado inducido, segn el siguiente esquema elctrico:En el devanado inducido:

En el devanado inductor:

Luego,

Curvas caractersticas del motor derivacin:

Son motores con velocidad casi constante (la velocidad apenas disminuye al aumentar la carga). Son motores estables y de precisin, muy utilizados en mquinas herramientas: fresadoras, tornos, taladradoras, etc.

Motores en serie: En estos motores, el devanado inductor o excitador se coloca en serie con el devanado inducido. Corresponde a estos motores el siguiente esquema elctrico: En este caso, la intensidad que recorre ambos devanados es la misma:

Y la tensin tomada de la red ser igual a las cadas de tensin de los diferentes elementos:

Luego,

Curvas caractersticas del motor derivacin:

Ahora, al variar la carga, vara I, el denominador no es constante y por tanto la caracterstica de velocidad de estos motores es una hiprbola. En el caso del par, la curva caracterstica es una parbola, ya que las intensidades son iguales. Estos motores se caracterizan, por tanto, por tener un elevado par de arranque, lo que les permite iniciar el movimiento con carga, pero su velocidad no se mantiene constante, sino que disminuye al aumentar la carga o aumenta al disminuir sta. Se utilizan en ferrocarriles, funiculares, etc.

Motores Compound (compuestos)En estos motores, parte del devanado excitador se coloca en serie y parte en paralelo. El flujo del campo serie vara directamente a medida que la corriente de armadura vara, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se aade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo.Esto provee una caracterstica de velocidad que no es tan dura o plana como la delmotor shunt, ni tan suave como la de unmotor serie, por lo que se dice que estos motores presentan caractersticas intermedias entre el motor serie y derivacin, de forma que mejoran la precisin del primero y el par de arranque del segundo.

6. FUNCIONAMIENTO / OPERACINFUNCIONAMIENTO DEL MOTOR:

En general, los motores decorriente continua son similares en su construccin a los generadores. Cuando la corriente pasa a travs del rotor de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas por la reaccin magntica, y el rotor gira. La accin del conmutador y de las conexiones de las bobinas del campo de los motores son exactamente las mismas que usan los generadores.

La revolucin del rotor induce un voltaje en las bobinas de sta. Este voltaje es opuesto en la direccin al voltaje exterior que se aplica a el rotor, y de ah que se conozca como voltaje inducido o fuerza electromotriz.

Cuando el motor gira ms rpido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequea, y la velocidad del motor permanecer constante siempre que el motor no est bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecnico que no sea el requerido para mover el rotor.

Bajo carga, el rotor gira ms lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en el rotor. El motor puede as recibir ms potencia elctrica de la fuente, suministrndola y haciendo ms trabajo mecnico.

Debido a que la velocidad de rotacin controla el flujo de la corriente en el rotor, deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando el rotor est parada, sta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal, se producir una gran corriente, que podra daar el conmutador y las bobinas del rotor. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto deforma manual como automtica.

La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magntico que acta sobre el rotor, as como de la corriente de sta. Cuanto ms fuerte es el campo, ms bajo es el grado de rotacin necesario para generar unvoltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje aplicado. Por esta razn, la velocidad de los motores de corriente continua puede controlarse mediante la variacin de la corriente del campo.

OPERACIN DEL MOTOR:Enmagnetismose conoce la existencia de dos polos:polo norte(N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las lneas defuerzade un imn. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atraccin y repulsin que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnticos iguales se repelen, y polos magnticos diferentes se atraen, produciendo as el movimiento de rotacin.

Un motor elctrico opera primordialmente en base a dosprincipios: El deinduccin, descubierto por Michael Faraday; que seala, que si un conductor se mueve a travs de un campo magntico o est situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente elctrica en el primer conductor. Y el principio que Andr Ampre observo, en el que establece: que si una corriente pasa a travs de un conductor situado en el interior de uncampo magntico, ste ejerce una fuerzamecnicao f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.

7. MANTENIMIENTOPara realizar unplan de mantenimiento de motores de corriente continuahay que saber que se tareas se deben realizar en cada periodo de tiempo en funcin del motor y de las condiciones ambientales de la ubicacin del motor.El plan de mantenimiento a seguir es aconsejable que sea el que proporciona el fabricante del motor, adaptndolo a la instalacin, a las funciones que realiza el motor y a los periodos de actividad e inactividad para aprovechar a realizar el mantenimiento preventivo.Los periodos del plan de mantenimiento se dividen en revisiones diarias, semanales, mensuales, semestrales, anuales y trianuales. Las partes a revisar de un motor para realizar un buen mantenimiento preventivo deben ser:

Porta escobillas:Comprobar la libre circulacin de las escobillas pero sin grandes holguras para evitar chispazos. Controlar la distancia entre el porta escobillas y el conmutador sea la que indica el fabricante, que suele ser igual o un poco menor a 2 mm. Escobillas:Comprobar desgaste de las escobillas cambindolas al llegar a la marca de mnimo que hay en la misma escobilla.Respetar caractersticas de las escobillas que pone el fabricante y no mezclar diferentes tipos de escobillas en uso.La cantidad de escobillas y caractersticas de las escobillas montadas por el fabricante se han tomado a partir de la potencia exigida a la mquina, al variar esta potencia de trabajo continuo se debe adecuar la cantidad o caractersticas de las escobillas a las nuevas circunstancias de trabajo para evitar desgastes prematuros de las escobillas o incluso daos en el motor. Conmutador:Es importante que el conmutador est en buenas condiciones de trabajo teniendo que evitar grasas o aceites en la superficie del conmutador y vigilando la humedad excesiva.Los desgastes del conmutador se deben controlar, vigilando el desgaste entre la zona de paso de las escobillas y la zona por donde no pasa, teniendo que controlar el desgaste mximo, la diferencia de desgaste entre las zonas de paso de escobillas y que no se haya ovalado el conmutador teniendo los valores marcados por el fabricante como referencia. Rodamientos, cojinetes:Los rodamientos se les deben controlar la temperatura evitando que exceda del valor indicado por el fabricante. Para alargar la vida til de los cojinetes se debe lubricar correctamente en la cantidad, tipo de grasa y periodo de tiempo que marca el fabricante. Variar la cantidad por exceso o defecto puede ser perjudicial para el motor.Controlar el ruido emitido por el cojinete peridicamente nos permite controlar el buen estado del cojinete y notar si el zumbido emitido vara con el tiempo. Hay equipos especializados para oir pero un simple destornillador puesto encima de la carcasa en la zona del cojinete nos transmite el zumbido del cojinete al oido, teniendo que ser este zumbido uniforme.La grasa es aconsejable introducirla con el motor en marcha siempre que esto no implique ningn tipo de peligro al operario. En caso de hacerlo con el motor parado, se debe introducir la mitad de la grasa y se mueve el motor durante un periodo de tiempo para que circule la grasa por todo el cojinete y se para engrasando el resto de cantidad indicada por el fabricante. Ventilacin:La ventilacin del motor es importante para refrigerar el trabajo del motor teniendo que controlar, teniendo que controlar que el tipo de ventilacin utilizada est funcionando correctamente, como puede ser motores de ventilacin giren en sentido correcto, los filtros estn limpios y en caso contrario limpiarlos como recomiende el fabricante o cambiarlo si fuese necesario. Mantener la carcasa limpia para facilitar el intercambio de calor con el exterior. En caso que el fabricante recomiende limpiarlos con agua los filtros secarlos antes de colocarlos. Resistencia de aislamiento:Comprobar la resistencia de aislamiento peridicamente segn indique el fabricante para comprobar el correcto aislamiento de los bobinados. Esta tarea se suele realizar con un megohmetro y debe tener un valor mnimo de aislamiento que marca el fabricante.8. MEJORAMIENTO / TENDENCIAS

8.1 Control de Velocidad de Motores C.C.

Existe una fuerte dependencia entre la velocidad del motor de corriente continua y el voltaje aplicado en sus terminales, sobre todo para el caso de imanes permanentes. Es por esto que, para controlar este tipo de motores, se busca construir fuentes de tensin variables continuamente.

La solucin ms sencilla es el uso de restatos para controlar el voltaje. Sin embargo, este componente limita fuertemente la corriente, adems de disipar potencia innecesariamente, con la consiguiente alteracin de las caractersticas de torque de la mquina. Alternativamente, se pueden usar convertidores electrnicos para conseguir un control mucho ms eficiente y verstil. Tpicamente se utilizan circuitos reductores de voltaje o step-down para regular la velocidad de este tipo de motores, como el mostrado en la Figura 11, cuyo control de voltaje se realiza por medio de modulacin de ancho de pulso (PWM) de la seal de encendido del transistor T1, el cual opera como interruptor, permitiendo el paso de corriente y cortndolo abruptamente a alta frecuencia, como se describe en Rashid 2001

Figura 11: Circuito reductor de voltaje aplicado al control de velocidad de un motor C.C.

Dada la naturaleza inductiva de los enrollados del motor, es necesario incorporar un diodo en paralelo con ste para permitir la circulacin de corriente durante el tiempo en que el transistor no conduce, as se evitan sobretensiones potencialmente peligrosas. Finalmente, el condensador es capaz de proveer altas corrientes por cortos perodos de tiempo para el arranque y adems estabiliza el voltaje Ve suprimiendo transientes.

La modulacin de ancho de pulso consiste en el control del tiempo en que el transistor T1 conduce respecto al tiempo durante el cual est apagado para una frecuencia de conmutacin fija. Se define el ciclo de trabajo como:

donde ton es el tiempo en que el transistor conduce y toff es el tiempo en que no conduce. T es el perodo de conmutacin. Luego, el voltaje medio en el motor (Vs ) est dado por:

8.2 Puente H: Circuitos como el de la Figura 11 permiten un control fluido y eficiente de la velocidad de un motor de corriente continua. Sin embargo, restringen el sentido de giro al proveer corriente nicamente en una direccin. Para superar esta limitacin, se utiliza un circuito llamado Convertidor de Puente Completo o Puente H, el cual utiliza la misma tcnica de modulacin de ancho de pulso (PWM) en una estructura de puente que permite la conduccin en ambos sentidos, tal como se muestra en la Figura 12.

Figura 12: Circuito esquemtico de un puente H.

En esta configuracin, al encender T1 y T4 simultneamente, se obtiene conduccin en un sentido, mientras que al encender T2 y T3 simultneamente se obtiene conduccin en el sentido opuesto. Los diodos adosados a los transistores permiten la conduccin cuando estn todos los transistores abiertos.

Cabe destacar que encender simultneamente T1 y T3, as como T2 y T4 producen un peligroso cortocircuito que debe ser evitado.

El uso de PWM en el encendido de los transistores permite controlar la velocidad del motor-

9. CONCLUSIONES:

La adquisicin de los conocimientos adecuados y necesarios del funcionamiento de las diversas mquinas de corriente directa que existen, determinan la capacidad de un ingeniero o el personal encargado a elegir el generador y/o motor ideal para la satisfaccin de los requerimientos de cualquier proceso para el cual sea necesario la participacin de estos equipos. Cada caracterstica en particular, como el tipo de excitacin de los distintos sistemas, puede ser determinante para el uso futuro de los equipos. Adems con el aprendizaje de la decodificacin de la informacin en placa de los distintos tipos de mquinas de corriente continua se est en la capacidad de conocer los diferentes parmetros e informacin de inters acerca de la mquina, involucrados en un proceso que requiera del uso de un motor de corriente continua, dada su versatilidad en la industria gracias a la facilidad del control de la velocidad procedente del diseo de este equipo y, lo ms importante, la capacidad de entregar hasta 5 veces el par nominal en comparacin con un motor de corriente alterna de la misma capacidad

10. BIBLIOGRAFA

Chapman, Stephen. J., Mquinas Elctricas. mcGraw-Hill, Mxico 2005, 4a . Edicin.

CH.L.DAWES, Electricidad Industrial tomo editorial Reverte, S.A., Espaa 1981, 2a Edicin.

http://www.v-espino.com/~tecnologia/tecnoII/RES%DAMENES/2-2%20motores%20cc.pdf

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