Orientaciones para los alumnos

ORIENTACIONES DIDÁCTICAS
PARA EL ALUMNADO
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Igual".
Autor: Ángel Mahiques Benavent
ÍNDICE
1. Orientaciones didácticas.............................................1
2. Principios teóricos del motor de corriente continua..2
2.1. Introducción........................................................................................................2
2. Conceptos previos..................................................................................................3
2.2.1 Inducción electromagnética...........................................................................3
2.2.2. Fuerza electromagnética...............................................................................3
2.3. Clasificación de las máquinas eléctricas de corriente continua.............................4
2.3.1. Generador.....................................................................................................4
2.3.2. Motor............................................................................................................4
2.4. Constitución del motor de corriente continua.......................................................4
2.4.1. Constitución de las maquinas eléctricas de corriente continua.......................4
2.4.2. Inductor vs Inducido.....................................................................................7
2.4.3. Motor de corriente continua de imán permanente..........................................7
2.4.4. Inversión de giro...........................................................................................7
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1. Orientaciones didácticas
El presente proyecto consiste en la construcción guiada paso a paso de
un motor de corriente continua, para ello, ten en cuenta que el profesor te
entregará todos los materiales necesarios para la construcción del motor (tanto
materiales de construcción como los pasos para construir el motor). Asimismo
en el presente documento tienes todos los conceptos teóricos que debes
conocer para el correcto aprovechamiento del proyecto.
Recuerda que al finalizar el proyecto deberás entregar al profesor una
memoria técnica sobre la construcción del proyecto.
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2. Principios teóricos del motor de
corriente continua
2.1. Introducción
La máquina eléctrica de corriente continua es un convertidor
electromecánico rotativo que haciendo uso de los fenómenos de inducción y de
par electromagnético transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
Si la corriente generada es continua estaremos ante un generador de
corriente continua, también designado comúnmente como dinamo. Si
transforma la energía eléctrica continua en energía mecánica hablaremos de
un motor de corriente continua.
Las máquinas de corriente continua tienen un carácter reversible, es
decir, pueden funcionar como motor si se les alimentan las bobinas del rotor
con corriente continua, o como dinamo, si se les aplica una energía mecánica
que provoque el giro del motor.
Las máquinas de corriente continua tienen gran importancia histórica
debido a que su empleo como generadores represento el primer procedimiento
para producir energía eléctrica a gran escala.
En la actualidad, el modo de funcionamiento más característico de las
máquinas de corriente continua lo constituye su empleo como motor. La ventaja
fundamental de los motores de corriente continua frente a los motores de
corriente alterna se debe a su mayor grado de flexibilidad para el control de la
velocidad y del par, lo cual hace muy interesante su aplicación, en diversos
accionamientos industriales: trenes de laminación, tracción eléctrica etc.
(aplicaciones que necesitan velocidad variable)
En España, la tracción eléctrica se realiza a 3.000 V de corriente
continua en los ferrocarriles, y a unos 600 – 1.000 V en los trenes
metropolitanos “Metro”. El AVE, en cambio, funciona con corriente alterna
monofásica
El empleo como generador en corriente continua (c.c.) está
prácticamente obsoleto debido a que la corriente alterna (c.a.) presenta más
ventajas para la generación, transporte y distribución de la energía eléctrica
que la c.c., debido a la sencillez y economía que supone el uso de
transformadores para convertir tensiones de un valor a otro.
Hoy en día con el progreso de la electrónica, cuando se necesita
corriente continua para una aplicación determinada, se recurre al empleo de
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rectificadores de Silicio que transforman la corriente alterna de la red, en
corriente continua, de forma estática y con un gran rendimiento.
2. Conceptos previos
2.2.1 Inducción electromagnética
Ley de Faraday: una variación de flujo magnético  sobre una espira de
alambre, inducirá sobre dicho alambre un voltaje proporcional al tiempo.
eind = -N (d / dt)
donde:




eind es el voltaje inducido en la bobina
N es el número de vueltas en la bobina de alambre
 es el flujo que pasa a través de la bobina.
El signo negativo de la ecuación se explica mediante la ley de
Lenz.
La Ley de Lenz permite predecir el sentido de la fuerza electromotriz
inducida en un circuito eléctrico, esta ley dice que el sentido de la corriente o de
la fuerza electromotriz inducida es tal que sus efectos electromagnéticos se
oponen a la variación del flujo del campo magnético que la produce.
Así, si el flujo del campo magnético a través de una espira aumenta, la
corriente eléctrica que en ella se induce crea un campo magnético cuyo flujo a
través de la espira es negativo, disminuyendo el aumento original del flujo.
2.2.2. Fuerza electromagnética
La Ley de Lorentz dice que si una carga Q que se mueve en el interior
de un campo magnético a una velocidad v, se ve sometida a la acción de una
fuerza magnética de valor:
Fm = q.(VB) = IB = i (Lb) = iLBsen
Donde:
 i es la magnitud de la corriente en el conductor.
 L es la longitud del conductor, con la dirección en el mismo sentido del
flujo de corriente
 B vector de la densidad de flujo magnético
 q Carga
Resumiendo, tenemos que una carga eléctrica en movimiento genera
campo magnético
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2.3. Clasificación de las máquinas eléctricas de corriente continua
Las máquinas eléctricas de corriente continua se clasifican en dos
grandes grupos: generadores y motores:


Generadores de corriente continua: dinamo, excitación independiente,
autoexcitados, excitación serie.
Motores de corriente continua: excitación independiente, excitación
serie, excitación paralelo,…
2.3.1. Generador
Un generador es una máquina eléctrica que transforma la energía
mecánica aplicada en su eje en energía en eléctrica. La acción se desarrolla
por el movimiento de una bobina en un campo magnético, resultando una fem
(o fuerza electromotriz) inducida que al aplicarla a un circuito externo, produce
una corriente eléctrica continua. En consecuencia el generador necesita una
energía mecánica de entrada, para producir la energía eléctrica
correspondiente de salida.
2.3.2. Motor
Un motor es una máquina eléctrica que transforma la Energía Eléctrica
en mecánica en su eje. La acción se desarrolla introduciendo una corriente en
la máquina por medio de una fuente externa, que interacciona con el campo
magnético produciendo un movimiento de la máquina; aparece entonces una
fem (o fuerza electromotriz) inducida que se opone a la corriente.
2.4. Constitución del motor de corriente continua.
2.4.1. Constitución de las maquinas eléctricas de corriente continua
Desde el punto de vista electromagnético, está compuesta por:


Un circuito magnético: Núcleos y Entrehierro
Dos circuitos eléctricos: Inductor e Inducido.
Desde el punto de vista mecánico, está compuesta por:


una parte fija o Estator
y una parte móvil o Rotor.
Su constitución física responde a la máquina eléctrica rotativa general y
es la que vamos a estudiar, así podemos encontrar los siguientes elementos: el
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estator, los polos, el inductor, polos auxiliares o de conmutación, el rotor, el
colector de delgas, las escobillas y el collar porta escobillas.
Estator
El estator (o parte fija), esta formado por una corona de material
ferromagnético (función de acero magnético o tubo de hierro), denominado
culata o yugo.
En nuestro caso podemos considerar que no tenemos estator (al ser un
motor didáctico) o bien podemos considerar que el estator es toda la base que
sujeta el motor y hace posible el giro del eje.
Rotor
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Colector de delgas
El colector de delgas se encuentra fijado al eje, el cual contendrá
tantas delgas como bobinas simples presenta el devanado. Cada delga va
unida eléctricamente al punto de conexión de una bobina con otra del
devanado. La misión del colector es la de convertidor de frecuencia. En nuestro
caso el colector de delgas es la chapa metálica que envuelve
Delgas
Las delgas es el punto por donde entra la corriente a las bobinas del
inducido procedente de las escobillas. Son también las partes en las que se
divide el colector y están aisladas unas de otras.
Colector de delgas
(chapa metálica)
delga (punto
de
soldadura)
Escobillas
Las escobillas, son piezas de, generalmente de grafito, destinadas a
asegurar, por contacto deslizante, la conexión eléctrica entre el elemento móvil,
colector de delgas, y el elemento fijo, circuito exterior. En nuestro caso hemos
realizado las escobillas con chapa metálica que mediante presión hace el
contacto eléctrico con el rotor.
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2.4.2. Inductor vs Inducido.
Tal y como ya se ha comentado los motores de corriente continua se
basan en los principios de fuerza electromagnética y fuerza electromotriz
inducida. Para llevar a cabo estos principios los motores constan del inductor y
del inducido.


Inductor: tiene como misión crear el campo magnético y se encuentra
alojado en la parte fija del motor o estator. El inductor de nuestro motor
didáctico esta formado por dos imanes permanentes.
Inducido: Esta formado por conductores de cobre dispuestos en forma
de bobinas. Las bobinas están alojadas en el núcleo de hierro, el cual
esta sujeto al eje de giro del motor y constituye la parte móvil o rotor de
la máquina.
2.4.3. Motor de corriente continua de imán permanente
Un motor de corriente continua de imán permanente (CCIP) es un motor
uno cuyos polos están hechos de imanes permanentes. Puesto que no
requieren bobinados de campo, pueden ser más pequeños que los
correspondientes motores de corriente continua mediante bobinas inductoras.
Se utilizan en caballajes pequeños donde es necesario un ahorro de espacio.
Entre las desventajas se encuentran que los imanes permanentes no
pueden producir una densidad de flujo tan alta como un campo mediante
bobinas, por tanto tendrán un menor momento inducido por amperio de
corriente inducida que un motor con bobinas del mismo tamaño e iguales
características. Hay que tener en cuenta también que los imanes presentas
riesgos de desmagnetización.
2.4.4. Inversión de giro
Los motores eléctricos pueden funcionar en ambos sentidos de giro, solo
con cambiar las conexiones del inducido con respecto al inductor.
El sentido del par motor depende del campo magnético y del sentido de
la corriente en los conductores del inducido, por lo que se deduce que bastara
con invertir las conexiones relativas del inductor y del inducido.
Si el cambio tiene lugar cuando la maquina esta parada, es indistinto
cambiar las conexiones del inductor o del inducido, aunque se recomienda
cambiar las del inducido.
Si la inversión se realiza en marcha, es obligado cambiar las conexiones
del inducido y no las del inductor, pues si se realizase esto ultimo, es motor se
quedaría sin excitación. Antes de proceder a la inversión, es indispensable
intercalar toda la resistencia del reóstato de arranque.
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