UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

TEMASFundamentos Magneticos, Maquinas Electricas, Motor de corriente Continua, Tipos de motores de CC, Motor de excitación separada, Motor con excitación separada, motor de iman permanente, Motor en serie, Motor compuesto, Aplicaciones .

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

CIRCUITOS ELECTRICOS Y AUTOMATIZACIONEE - 102

Sistema Eléctrico

Maquina Eléctrica

Sistema Mecánico

Flujo de energía como MOTORMOTOR

Flujo de energía como GENERADORGENERADOR

Las máquinas eléctricas son convertidores electromecánicos capaces de transformar energía desde un sistema eléctrico a un sistema mecánico o viceversa

MÁQUINAS ELÉCTRICASEn los motores eléctricos las espiras rotativas del conductor son guiadas mediante la fuerza magnética ejercida por el campo magnético y la corriente eléctrica. Se transforma la energía eléctrica en energía mecánica.      

Fuerza y Torque sobre una espira con corriente

ESPIRA QUE ROTA ENTRE CARAS POLARES

Se basan en la ley de Faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético se generará una diferencia de potencial entre

sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento".

FEM INDUCIDO

Si en lugar de un conductor rectilíneo se introduce una espira con los extremos conectados a una determinada resistencia y se le hace girar en el interior del campo, de forma que varíe el flujo magnético abrazado por la misma, se detectará la aparición de una corriente eléctrica que circula por la resistencia y que cesará en el momento en que se detenga el movimiento. El sentido de la corriente viene determinado por la ley de Lenz.

Principio de funcionamiento de un generadorgenerador

eind = 2vBl

eind = 2vBl

2inde

Funcionamiento Funcionamiento del Motor DCdel Motor DC

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motor

2ind i

Campo MagnéticoCampo Magnéticoen el Motor DCen el Motor DC

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motor

Fuerza MagnéticaFuerza Magnéticaen el Motor DCen el Motor DC

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motor

ParParen el Motor DCen el Motor DC            

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motor

Espiras y Bobinas

S

F

F

I

N

Brush

V

RotorArmature

windings

FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN MAQUINAS CC

FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN MAQUINAS CC

MOTORES DC

Constitución general:Constitución general:

El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales :

RotorRotor(circuito de armadura o inducido)(circuito de armadura o inducido)

• Eje• Núcleo y Devanado• Colector• Tapas

Constituye la parte móvil del motor, proporciona el par para mover a la carga.

Está formado por

MOTORES DC

Eje : Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector.

Núcleo : Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule.

Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado).

RotorRotor

Constitución general:Constitución general: MOTORES DC

Devanado : Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado.

Colector : Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas.

La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas.

Constitución general:Constitución general: MOTORES DC

• Armazón• Imán permanente• Escobillas y portaescobillas

EstatorEstatorConstituye 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

Carcasa

Constitución general:Constitución general: MOTORES DC

Armazón : Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales : servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán permanente, para completar el circuito magnético.

Imán permanente : Compuesto de material ferromagnético altamente remanente, se encuentra fijado al armazón o carcasa del estator. Su función es proporcionar un campo magnético uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interactúe con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la interacción de estos campos.

Constitución general:Constitución general: MOTORES DC

Se utilizan en casos en los que es de importancia el poder regular continuamente la velocidad del eje y en aquellos casos en los que se necesita de un par de arranque elevado.

Para funcionar, precisa de dos circuitos eléctricos distintos:• El circuito de campo magnético El circuito de campo magnético • El circuito de la armaduraEl circuito de la armadura.

El campo magnético (básicamente un imán o un electroimán) permite la transformación de energía eléctrica recibida por la armadura en energía mecánica entregada a través del eje. La energía eléctrica que recibe el campo se consume totalmente en la resistencia externa con la cual se regula la corriente del campo magnético. Es decir ninguna parte de la energía eléctrica recibida por el circuito del campo, es transformada en energía mecánica.

La armadura consiste en un grupo de bobinados alojados en el rotor y en un ingenioso dispositivo denominado colector mediante el cual se recibe corriente continua desde una fuente exterior y se convierte la correspondiente energía eléctrica en energía mecánica que se entrega a través del eje del motor.

Motor de Corriente Directa (DC):Motor de Corriente Directa (DC):

Motor de Corriente Directa (DC):Motor de Corriente Directa (DC):

Los distintos modos de conectar los arrollamientos de excitación de los motores de corriente continua constituyen la base para poder modificar ampliamente las formas de funcionamiento de estos motores. Según sea la conexión elegida, los motores reciben nombres especiales.

A continuación se exponen los sistemas de excitación más utilizados en la práctica:

- Excitación por Imanes Permanentes.

- Excitación Independiente.

- Auto excitación.

- Excitación Serie.

- Excitación Paralelo.

- Excitación Compuesta.

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA CON EXCITACIÓN SEPARADA

CIRCUITO EQUIVALENTE CON EXCITACIÓN SEPARADA

modificar la velocidad actuando sobre la alimentación de los devanados del motor.

a.1.- Una opción consiste en modificar el flujo de excitación que crea el inductor, es decir, Vf, así, cambiará la velocidad y el par. Como los cambios de la velocidad y el par tienen tendencia contraria, la potencia, puede permanecer constante. (Regulación de campo o de potencia constante).

a.2.- Otra opción consiste en mantener el flujo de excitación que crea el inductor y variar la tensión del inducido Va, en este caso se modificara la velocidad ya que la corriente de armadura Ia permanece prácticamente constante. El par permanecerá constante al no variar la corriente de armadura pero la potencia proporcionada variara como consecuencia del cambio en la velocidad. (Regulación del inducido o de par constante).

Motor de Corriente Directa (DC):Motor de Corriente Directa (DC):

CIRCUITO EQUIVALENTE EN DERIVACIÓN

indAT

KR

KV

2)(

Aind

T RK

KV

VT = EA + IARA

VT = Kφώ + IARA

K

I indA

Un motor en derivación de 50 Hp, 250 V, 1200 rev/min con devanados de compensación, tiene una resistencia de inducido de 0,06 ohms. Su circuito de campo tiene una resistencia total de 50 ohms con lo que produce una velocidad de vació de 1200 rev/min. Tiene 1200 vueltas por polo en el devanado en derivación. IF es constante

Dibujar la característica par velocidad del motor cuando IL es 100 A, 200 A y 300 A

00 nn

EE

A

A

CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR EN SERIE

KcRR

KcV SA

ind

T

1

ind = KφIA = KcIA2

VT = EA + IA (RA + RS)

KcI indA

SAind

T RRKc

KV

indKc

CIRCUITO EQUIVALENTE DE MOTOR COMPUESTO

VT = EA + IA (RA + RS)

IA = IL - IF

IF = VT/RF

PROBLEMA

Circuito Tipo Frecuencia de rizado

Cuadrante de funcionamiento

Media onda 3fs

semiconvertidor 6fs

Convertidor

Totalmente

controlado

6fs

Convertidor

dual 6fs

►Variadores monofásicos/ trifásicos CA/CC

AplicacionesAplicaciones

Troceador Configuración Cuadrante funcionamiento

Tipo A

Tipo B

►Troceadores o Choppers CC/CC

AplicacionesAplicaciones

Troceador Configuración Cuadrante funcionamiento

Tipo C

Tipo D

Tipo E

►Troceadores o Choppers CC/CC

AplicacionesAplicaciones

AplicacionesAplicacionesActuadores :

CONVERTIDOR: Debe permitir obtener tensión y corriente directa e inversa para poder trabajar en 4

cuadrantes. La tensión media de salida debe variar linealmente con la señal de control para

obtener una buena precisión del control de posición. Debe proporcionar una corriente con un buen factor de forma para minimizar las

fluctuaciones en la velocidad y par del motor.

TROCEADORES RECTIFICADORES CONTROLADOS