MOTORES ELÉCTRICOS NICOLÁS HERNÁNDEZ 2ºA 0. INTRODUCCIÓN. FUNDAMENTOS FÍSICOS. • Un motor eléctrico es una máquina rotatoria que transforma la energía eléctrica en energía mecánica. • Las partes de un motor eléctrico: - Estator: Parte fija. - Rotor: Parte móvil que gira - Entrehierro: Espacio de aire que separa el estator del rotor y que permite que pueda existir movimiento, debe ser lo más reducido posible. • Los motores eléctricos tienen unas bobinas (devanados) llamadas inductor e inducido. 0. INTRODUCCIÓN. FUNDAMENTOS FÍSICOS. • Conceptos y magnitudes físicas útiles para entender el funcionamiento de un motor: • Trabajo: W=F⋅s • Trabajo de rotación W= M⋅ø • Potencia: P= W/t • Potencia de rotación P= M⋅ w • Rendimiento ⴂ=EUTIL /EABSORBIDA M ≡ par motor o momento de la fuerza 1. MOTORES CORRIENTE CONTINUA. CLASIFICACIÓN • Su funcionamiento se basa en las fuerzas que aparecen sobre conductores eléctricos por los que circula una corriente eléctrica si se ven afectados por un campo magnético. • En el inductor de estos motores debe haber un campo magnético fijo. • Para los motores de poco potencia se coloca directamente un imán y para motores de mayor potencia se crea ese campo magnético mediante electroimanes. • El rotor se construye mediante bobinas enrolladas alrededor de un núcleo de material ferromagnético. Estas bobinas tienen conexión al exterior a través del colector de delgas y de las escobillas. • Los conductores que forman el circuito eléctrico del rotor tienen una resistencia que se denomina resistencia de inducido. 1. MOTORES CORRIENTE CONTINUA. CLASIFICACIÓN • En estos motores, se genera una f.e.m. de sentido contrario a la corriente que circula por ellos que se denomina fuerzacontraelectromotriz. • Es proporcional al flujo del campo magnético y a la velocidad a la que gira el rotor, a mayor velocidad, mayor fcem. • Hay dos circuitos eléctricos: - El circuito de excitación, con el que se genera el campo magnético del estator - El circuito de inducido, que es el circuito eléctrico de las bobinas del rotor cuya resistencia se representa por Ri. 1. MOTORES CORRIENTE CONTINUA. CLASIFICACIÓN • Funcionamiento: • 1. Aplicamos una tensión al motor que al mismo tiempo: hace circular corriente por las bobinas del inductor y hace circular la corriente por las bobinas del inducido. • 2. La interacción entre campo y corriente eléctrica produce un par de fuerzas que provoca el giro del rotor. • 3. Aparece una f.c.e.m que produce una disminución de la corriente que circula. Desde este momento acaba el arranque del motor. La intensidad y la velocidad de giro se mantendrán estables y comienza el llamado régimen nominal del motor 1. MOTORES CORRIENTE CONTINUA. CLASIFICACIÓN • Clasificación: • Motor de excitación en serie: en este tipo de motores las bobinas inductoras y las inducidas están conectadas en serie. La conexión forma un circuito en serie en el que la intensidad absorbida por el motor al conectarlo a la red es la misma, tanto para la bobina conductora (del estator) como para la bobina inducida (del rotor). • Motor de excitación en paralelo: las bobinas inductoras van conectadas en paralelo (derivación) con las inducidas. De este modo, de toda la corriente absorbida por el motor, una parte circula por las bobinas inducidas y la otra por la inductoras. El circuito de excitación (inductor) está a la misma tensión que el inductor. • Motor de excitación independiente: las bobinas del inductor y del inducido se conectan a distintas fuentes de corriente continua. Es el más extendido. 1. MOTORES CORRIENTE CONTINUA. CLASIFICACIÓN • El motor de corriente continua mantiene un rendimiento elevado a altas velocidades, lo que unido a su gran capacidad de sobrecarga lo hace muy apropiado para una gran variedad de aplicaciones industriales. • Aplicaciones: • Trenes de laminación reversibles. Los motores deben de soportar una alta carga. Normalmente se utilizan varios motores que se acoplan en grupos de dos o tres. • Industria del papel. Además de una multitud de máquinas que trabajan a velocidad constante y por lo tanto se equipan con motores de corriente continua, existen accionamientos que exigen par constante en un amplio margen de velocidades. • Cizallas en trenes de laminación en caliente. Se utilizan motores en derivación. 2. PARTES DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA • Estátor: Es la parte fija del motor responsable del establecimiento del campo magnético de excitación. En su interior se encuentran distribuidos en números par, los polos inductores, sujetos mediante tornillos a la carcasa; están constituidos por un núcleo y por unas expansiones en sus extremos. • Rotor: El rotor está formado por un eje que soporta un juego de bobinas arrolladas sobre un núcleo magnético que gira dentro de un campo magnético creado bien por un imán arrolladas sobre unas piezas polares. • Generadores de corriente directa o alterna: En este caso, el estátor interactúa con el campo rotante para producir corriente eléctrica. • Colector delga: en las máquinas eléctricas de corriente continua, sean estas generadores o motores es necesario establecer una conexión eléctrica entre la parte fija o estátor y las bobinas de la parte móvil o rotor; lo que se realiza mediante un elemento denominado colector. 2. PARTES DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA • Escobilla: En electricidad es necesario, frecuentemente establecer una conexión eléctrica entre una parte fija y una parte rotatoria en un dispositivo. Este es el caso de los motores o generadores eléctricos; donde se debe establecer una conexión de la parte fija de la máquina con las bobinas del rotor. • Entrehierro: Es el espacio situado entre el estátor y el rotor, es por donde el flujo magnético pasa de uno a otro. 3. MOTORES CORRIENTE ALTERNA. CLASIFICACIÓN • Son los más usados debido a su facilidad de distribución y transformación de la corriente alterna. • Obtiene la energía de una fuente de corriente alterna y la transforma en energía mecánica. • Se diseñan dos tipos básicos de motores para funcionar con corriente alterna: • Los motores síncronos: son en esencia un alternador trifásico que funciona a la inversa. La velocidad constante de un motor síncrono es ventajosa en ciertos aparatos, pero no pueden utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecánica sobre el motor llega a ser muy grande. • Los motores de inducción: pueden funcionar con una fuente de potencia monofásica mediante la inclusión de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magnético rotatorio. • Los motores de baterías en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. Éstos se fabrican en tamaños pequeños y se utilizan en aparatos domésticos. 3. MOTORES CORRIENTE ALTERNA. CLASIFICACIÓN • Según la constitución del rotor se pueden clasificar en: • Motor con rotor bobinado: rotor formado por tres devanados de hilo de cobre. • Motor con rotor de jaula de ardilla: rotor formado por unas barras metálicas unidas en sus extremos a dos anillos o coronas. • Según el numero de fases de alimentación: • Motor monofásico: se alimenta de corriente monofásica. • Motor trifásico: se alimenta de corriente trifásica. 4. PARTES DE UN MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA • Carcasa: caja que envuelve las partes eléctricas del motor, es la parte externa. • Estator: consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado estatórico, que es una parte fija y unida a la carcasa. • Rotor: consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado rotórico, que constituye la parte móvil del motor y resulta ser la salida o eje del motor. 5. CONSTRUIR UN MOTOR • Introducción: • En este trabajo vamos a fabricar un motor eléctrico sencillo y de muy bajo costo. • Está pensado para estudiantes de curso medio. • Esta actividad esta orientada a ilustrar los principios básicos de la física. Sobre todo la ley de Lorentz. 5. CONSTRUIR UN MOTOR • Materiales: • 1 metro de alambre de Cobre para bobinados de 0,6 a 0,7 mm • 2 clips sujetapapeles grandes • Fuente de alimentación • 2 cables con pinzas cocodrilo y conectores para la fuente • Un imán de buena intensidad 1 2 4 5. CONSTRUIR UN MOTOR • Para armar el motor comenzamos generando una bobina para ello utilizamos un cilindro de plástico (diámetro aproximado 4 cm ). En el cilindro bobinamos el alambre haciendo entre 10 y 15. • Será conveniente realizar algunas vueltas tipo lazo al finalizar el bobinado para evitar que este se desarme. También será conveniente que ambos extremos se encuentren en la misma línea imaginaria para obtener mejores resultados. • Posteriormente se procederá a eliminar el esmalte de los extremos libres, esto se puede hacer con una lija fina. • Para el sistema de alimentación de la bobina utilizaremos una base de madera sobre el que podamos “ clavar” los soportes. Los soportes contarán con un anillo metálico donde se colocaran los extremos de la bobina y deberán permitir que esta rote con facilidad. 5. CONSTRUIR UN MOTOR • Para que nuestro motor funcione solo bastará con cerrar el circuito y darle el impulso inicial a la bobina colocando el imán o equilibrando la bobina si esta no gira. • También debemos asegurarnos que circula corriente por el circuito, esto lo podemos hacer por medio de un multímetro. 5. CONSTRUIR UN MOTOR • Aspectos importantes a resaltar: • Cuando por una espira circula una corriente eléctrica y ella esta en un campo magnético, se genera una cupla. • Si por un cable pasa una corriente y el mismo esta en un campo magnético aparece una fuerza que cumple con la regla de la mano derecha. • En el motor los elementos necesarios son: Campo magnético externo (imán) y corriente por la espira. Si cualquiera falta, el motor no funciona. 6. CONCLUSIÓN • Toda máquina que convierte energía eléctrica en movimiento, a través de medios electromagnéticos es considerada esencialmente un motor eléctrico. • Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. • La construcción del motor ha sido lo más interesante de este trabajo. Sabiendo lo sencillo que es construirlo y los fundamentos físicos que lleva por detrás es increíble lo fácil que resulta construirlo.
