Motores de corriente continua

Conexiones de motores eléctricos de
corriente continua
Jesús Méndez - Manuel Moreno
Motores de corriente continua
Manuel Moreno – Jesús Méndez
Índice
1. Motores de corriente continua
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2. Control de Sentido de Giro para Motores-CC
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3. Excitación de las máquinas de corriente continua
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a) Máquinas de excitación independiente
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b) Máquinas autoexcitadas
5
b.a) Conexión en serie
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b.b) Conexión shunt
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b.c) Conexión compound
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4. Webgrafía
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5. Bibliografía
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Motores de corriente continua
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1. Motores de corriente continua
Son de los más comunes y económicos, y pueden ser encontrados en la mayoría de los juguetes a pilas,
constituidos, por lo general, por dos imanes permanentes fijados en la carcasa y una serie de bobinados
de cobre ubicados en el eje del motor, que habitualmente suelen ser tres.
El funcionamiento se basa en la interacción entre el campo magnético del imán permanente y el
generado por las bobinas, ya sea una atracción o una repulsión hacen que el eje del motor comience su
movimiento.
Cuando una bobina es recorrida por la corriente eléctrica, esta genera un campo magnético y como es
obvio este campo magnético tiene una orientación es decir dos polos un polo NORTE y un polo SUR.
Para averiguar cuál es cada uno lo hacemos de la siguiente manera: si el núcleo de la bobina es de un
material ferromagnético los polos en este material se verían así...
Estos polos pueden ser invertidos fácilmente con sólo cambiar la polaridad de la bobina. El núcleo de las
bobinas puede ser fácilmente convertido en un electroimán. Los polos opuestos se atraen y cargas del
mismo signo o polos del mismo signo se repelen, esto hace que el eje del motor gire produciendo un
determinado torque.
El torque de un motor es su fuerza de giro, (potencia) la cual depende de varios factores: la cantidad de
corriente, el espesor del alambre de cobre, la cantidad de vueltas del bobinado, la tensión etc. Esto es
algo que ya viene determinado por el fabricante, y es algo en lo que nosotros poco podemos hacer, tan
sólo jugar con ciertos parámetros.
Estos motores disponen de dos bornes que se conectan a la fuente de alimentación y según la forma de
conexión el motor responderá de una manera u otra.
Todos los motores tienen unos parámetros:
-Evolución del régimen de giro (rpm): como varía la velocidad de giro en diferentes circunstancias.
-Potencia eléctrica absorbida por el motor (en kW): consumo de energía.
-Par motor (kgf/m): capacidad de arrastre del motor.
-Rendimiento: pérdidas de energía del motor
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2. Control de Sentido de Giro para Motores-CC
Existen varias formas de lograr que estos motores inviertan su sentido de giro. Una es utilizando una
fuente simétrica o dos fuentes de alimentación con un interruptor simple de dos contactos y otra es
utilizar una fuente común con un interruptor doble es decir uno de 4 contactos.
En todos los casos es bueno conectar también un capacitador en paralelo entre los bornes del motor,
para amortiguar la inducción que generan las bobinas internas del motor.
Otra solución cuando se intenta que un motor realice esta tarea por su propia cuenta, es sustituir los
interruptores por los relés correspondientes e idear los circuitos que sean necesarios para lograr el mismo
efecto...
Aunque esta última opción es una de las más prácticas, tiene sus inconvenientes ya que los relés suelen
presentar problemas mecánicos y de desgaste, lo ideal sería disponer de un circuito un poco más sólido,
quitando los relés y haciendo uso de transistores, estos últimos conectados en modo corte y saturación,
así actúan como interruptores.
3. Excitación de las máquinas de corriente continua
a) Máquinas de excitación independiente
Son máquinas que a través de una fuente de energía eléctrica de corriente continua alimentan al bobinado
de excitación, produciendo en él el campo magnético necesario para inducir corriente al rotor y producir
los efectos que la máquina deba realizar, bien sea a modo de motor o de generador. El inconveniente de
esta máquina es que necesita una fuente de excitación exterior, lo que hace que su utilización sea limitada.
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b) Máquinas autoexcitadas
Son máquinas cuya fuente de alimentación al bobinado de excitación llega a través del inducido, de ahí el
nombre de autoexcitadas.
En los generadores, el flujo inicial de excitación se produce por el fenómeno de la histéresis, es decir, que al
quedar el magnetismo remanente retenido en las masas polares de la máquina, se crea un flujo magnético
que hace que el inducido pueda moverse dentro del campo magnético, generando así la fuerza
electromotriz necesaria.
En el caso de los motores, el bobinado de excitación se alimenta a través de la red de corriente continua,
fuente habitual para su funcionamiento.
Ahora veremos las distintas conexiones para motores de autoexcitación.
b.a) Conexión en serie: elevada inestabilidad externa como generador, porque varía la tensión al alterar la
carga. Como motor no tiene estabilidad, subiendo demasiado en vacío, pudiendo producir daños en la
propia máquina. Se emplea como máquina adicional para mantener constante la tensión al final de la línea.
La conexión del bobinado está en serie con el bobinado inducido. Se utiliza en grúas y montacargas.
Tiene un par-motor de arranque bastante elevado. También hay que destacar que si disminuye la carga del
motor, disminuye la intensidad de corriente absorbida, aumentando la velocidad del motor (esto es lo
anteriormente comentado, que sube peligrosamente en vacío). Por último, tiene decir que tiene unas
bobinas con pocas espiras, pero de gran sección.
Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un aumento de esta provoca
un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la fuerza contraelectromotriz, estabilizándose la
intensidad absorbida.
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b.b) Conexión shunt: como generador, es bastante estable exteriormente al suministrar la energía, aunque
no llega a la estabilidad de una máquina de excitación independiente. Es el más utilizado, debido a su
constante tensión en los bornes, y a que soporta bastante bien los cortocircuitos de la línea. Como motor,
es bastante estable frente a cualquier carga, debido también a su constante alimentación. Va conectado en
derivación con los bornes del inducido. Se utiliza en cargadores de batería de acumuladores, como
generador auxiliar….
En el momento del arranque del motor, dispone de menos par que la anterior conexión. A diferencia de la
conexión en serie, si la intensidad de corriente disminuye estando el motor en vacío, la velocidad de giro
nominal apenas varía.
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Elevado par de arranque también, y aunque puede llegar a subir sus rpm bastante, no corre el peligro de
ser inestable, como la conexión en serie.
Las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que
la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.
En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que el motor serie, (también uno de
los componentes del motor de corriente continua). Al disminuir la intensidad absorbida, el régimen de giro
apenas sufre variación.
b.c) Conexión compound: como bien indica su nombre (compound=compuesto) está compuesto por dos
bobinados inductores, uno en serie y otro en derivación con el inducido. Es el resultado de la unión de las
conexiones en serie y shunt, quedando cubiertas las deficiencias de cada una de las conexiones
anteriormente citadas al ser mezcladas en una misma conexión.
Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo
serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva
la corriente de armadura. El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de
armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su
flujo se añade al flujo del campo principal shunt.
Cuantos más amperios pasan por el inducido más campo serie se origina, claro está, siempre sin pasar del
consumo nominal.
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Otros tipos de conexiones pueden ser:
-El motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en
desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso)
dependiendo de sus entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera que una
conversión digital-analógica y puede ser gobernado por impulsos procedentes de sistemas lógicos.
Este motor presenta las ventajas de tener alta precisión y repetibilidad en cuanto al posicionamiento. Entre
sus principales aplicaciones destacan como motor de frecuencia variable, motor de corriente
continua sin escobillas, servomotores y motores controlados digitalmente
-Motores sin núcleo: Cuando se necesita un un motor eléctrico de baja inercia (arranque y parada muy
cortos), se elimina el núcleo de hierro del rotor, lo que aligera su masa y permite fuertes aceleraciones, se
suele usar en motores de posicionamiento (p.e. en máquinas y automática).
Para optimizar el campo magnético que baña el rotor, para motores que requieren cierta potencia, se
puede construir el rotor plano en forma de disco, similar a un circuito impreso en el que las escobillas rozan
ortogonalmente sobre un bobinado imbricado que gira entre imanes permanentes colocados a ambos
lados del disco.
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Composición interna de un motor
4. Webgrafía
http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com
www.tuveras.com
5. Bibliografía
Mantenimiento de máquinas eléctricas McGraw Hill Juan Jiménez 5.3 y 7.1
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