III Clase de Maquina Elect.III 03072021

Unidad
II: Motor de
Principio
de Operación
de Corriente
los MotoresContinua
de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
Unidad II: Motor de Corriente Continua
Como ya sabemos, los motores de corriente continua pueden
funcionar a la inversa, ósea pueden ser usados para transformar la
energía eléctrica en energía mecánica, así como también pueden
funcionar como generadores de energía eléctrica.
Esto es posible porque tienen la misma constitución física que un
generador o un dinamo, también se pueden controlar con mucha
facilidad su velocidad. Es por ello que son ideales para funciones que
requieren de un mayor control de la velocidad. Ejemplos de sus usos
en tranvías, trenes ,coches eléctricos , ascensores , cadenas
productivas, etc.
Unidad II: Motor de Corriente Continua
• Motor en Serie: El devanado de campo (campo magnético principal)
se conecta en serie con la armadura. Este devanado esta hecho con
un alambre grueso porque tendrá que soportar la corriente total de la
armadura.
Debido a esto, se produce un flujo magnético proporcional a la
corriente de armadura ( carga de motor). Cuando el motor tiene una
carga, el campo de serie produce un campo magnético mucho mayor ,
lo cual permite un esfuerzo de torsión mucho mayor.
La velocidad de giro varia dependiendo del tipo de carga que se
tenga. Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y
pueden acelerar cargas pesadas rápidamente.
Unidad II: Motor de Corriente Continua
• Motor Shunt o Paralelo: Motor de corriente continua cuyo bobinado
inductor principal esta conectado en derivación con el circuito
formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar.
Las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con
hilos de poca sección , por lo que la resistencia del bobinado inductor
principal es muy grande.
Unidad II: Motor de Corriente Continua
• Motor Compound o Compuestos: La excitación es originada por dos
bobinas inductores independientes, uno dispuesto en serie con el
bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado
por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar.
Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado
del campo shunt. El campo serie consiste de pocas vueltas de un alambre
grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de
armadura.
El flujo de campo serie varia directamente a medida que la corriente de
armadura varia, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie
conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal
shunt.
Principio de Operación de los Motores de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de
corriente continua se basa en la repulsión que ejercen los polos
magnéticos de un imán permanente cuando, interactúan con los polos
magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje.
Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar
libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán
permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor.
Cuando la corriente pasa a través del rotor , se genera un par de
fuerzas por la reacción magnética , y el rotor gira. La revolución del
rotor induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto
en la dirección al voltaje exterior que se aplica a el rotor, y de ahí que
se conozca como voltaje inducido o fuerza contraelectromotriz.
Principio de Operación de los Motores de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este
electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera
interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos
del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce
un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el
rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo
sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido
contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al
circuito la pila o la batería.
Principio de Operación de los Motores de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
Cuando el motor gira mas rápido, el voltaje inducido aumenta hasta
que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequeña, y la
velocidad del motor permanecerá constante siempre que el motor no
este bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecánico que no sea el
requerido para mover el rotor. Bajo carga, el rotor gira mas lentamente
, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente
mayor en el rotor. El motor así puede recibir mas potencia eléctrica de
la fuente, suministrándola y haciendo mas trabajo mecánico.
Principio de Operación de los Motores de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
La velocidad a la que trabaja un motor depende de la intensidad del
campo magnético que actúa sobre el rotor, así como de la corriente de
ésta. Cuanto más fuerte es el campo , mas bajo es el grado de rotación
necesario para generar un voltaje inducido lo bastante grande como
para contrarrestar el voltaje aplicado. Por esta razón , la velocidad de
los motores de corriente continua puede controlarse mediante la
variación de la corriente del campo.
Principio de Operación de los Motores de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
En el motor de corriente directa el colector o conmutador sirve para
conmutar o cambiar constantemente. el sentido de circulación de la
corriente eléctrica a través del enrollado de la bobina del
rotor cada vez. que completa media vuelta. De esa forma el polo norte
del electroimán coincidirá siempre con el también. polo. norte del imán
permanente y el polo sur con el polo sur del propio imán. Al coincidir
siempre dos. polos magnéticos, que en todo momento van a ser
iguales, se produce un rechazo constante entre. ambos, lo que permite
al rotor mantenerse girando ininterrumpidamente sobre su eje
durante. todo el. tiempo que se encuentre conectado a la corriente
eléctrica.
Principio de Operación de los Motores de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
En resumen, la función del colector es permitir el cambio constante
de polaridad de la corriente en la bobina del electroimán del rotor para
que sus polos cambien constantemente. Este cambio ocurre cada vez
que el electroimán gira media vuelta y pasa por la zona neutra,
momento en que sus polos cambian para que se pueda mantener el
rechazo que proporciona el imán permanente. Esto permitirá que el
electroimán del rotor se mantenga girando constantemente durante
todo el tiempo que la batería o fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.)
se mantenga conectada al circuito del motor, suministrándole corriente
eléctrica.
Principio de Operación de los Motores de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
Principio de Operación de los Motores de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
En la ilustración se muestra, un motor común de corriente directa
(C.D.) con un rotor formado por una simple bobina de una sola espira
de color rojo y azul, para diferenciar cada mitad. Si seguimos el
recorrido de la corriente eléctrica (I) asumiendo que fluye en el sentido
convencional (del polo positivo "+" al polo negativo "–" de la batería,
según indican las flechas negras), cuando en la mitad izquierda de la
espira de color rojo se forma el polo norte “N” coincidiendo con la
misma polaridad del campo magnético del imán permanente fijo al
cuerpo del motor, se produce una fuerza de rechazo entre ambos polos
iguales. Si aplicamos la “Regla de la mano izquierda” se puede
determinar que esa mitad de la espira se moverá hacia abajo (flecha
verde izquierda). Por otra parte, en la mitad derecha (de color azul)
ocurrirá lo mismo, pero a la inversa, por lo que aplicando la propia
regla comprobaremos que se moverá hacia arriba (flecha verde
derecha).
Principio de Operación de los Motores de Corriente
Continua o Directa ( CC o CD )
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
Existen cuatro formas de conexión del bobinado de
excitación respecto al Inducido:
- Motor de Excitación Independiente.
- Motor de Excitación en Derivación o Shunt.
- Motor de Excitación en Serie.
- Motor de Excitación Compuesta o Compoundd.
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
• Motor de Excitación Independiente: Son aquellos que obtienen la
alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión
independientes . Con ello, el campo del estator es constante al no
depender de la carga del motor, y del par de fuerzas es entonces
prácticamente constante.
Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán solo a la
disminución de la fuerza electromotriz por aumentar la caída en el
rotor.
El motor de excitación independiente es el mas adecuado para
cualquier tipo de regulación, por la independencia entre el control por
el inductor y el control por el inducido.
Entre sus aplicaciones industriales el torneado y taladrado de
materiales, extrusión de materiales plásticos y goma, ventilación de
hornos, retroceso rápido en vacío de ganchos de grúas, desenrollado
de bobinas, etc.
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
• Motor de Excitación en Derivación o Shunt: El motor de excitación en
paralelo , cuyo bobinado inductor principal esta conectado en
derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados
inducido e inductor auxiliar.
La tensión de la red alimenta a las dos ramas del circuito y la
intensidad absorbida de la red se reparte entre la intensidad del
inducido, por donde se derivará la mayor parte de la corriente y la
intensidad de excitación derivación que será de un valor muy reducido,
por lo que la resistencia de esta rama debe ser muy elevada, lo que
provoca que el devanado de excitación shunt esté construido con
muchas espiras de hilo fino.
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor
que en el motor serie. Al disminuir la intensidad absorbida, el régimen
de giro apenas sufre variación, la velocidad no disminuye mas que
ligeramente cuando el par aumenta.
Estos motores son adecuados para aplicaciones en donde se necesita
velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que
es necesario un rango apreciable de velocidades ( por medio del
control del campo ), como en los accionamientos para los generadores
de corriente continua en los grupos de los motogeneradores de cc.
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
• Motor de Excitación en Serie: El devanado inductor está conectado
en serie con el devanado del inducido, por lo que en este caso
solamente hay un circuito eléctrico alimentado por una misma fuente
de tensión, la intensidad del inducido y la de excitación serie serán
iguales, y de valor muy elevado, para que no ocasionen caídas de
tensión elevadas en este devanado es preciso que tenga pocas espiras
y además estas deben ser de hilo grueso.
En este tipo de motores existe dependencia entre el par y la
velocidad; son motores en los que, al aumentar la corriente de
excitación, se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par.
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
• Motor de Excitación Compuesta o Compound: Es el montaje de un
sistema de excitación que combina y aprovecha las características que
tiene cada uno de los dos motores anteriores (motor serie y shunt),
mejorando la precisión y estabilidad de marcha del serie y el par de
arranque del shunt y no corre el riesgo de embalarse al perder la
carga. Es por ello que es llamado compound, o compuesto, y pude ser
largo o corto, según que el devanado derivación comprenda o no al
devanado serie.
El devanado de excitación tiene una parte de él en serie con el
inducido y otra parte en paralelo. El arrollamiento en serie con el
inducido está constituido por pocas espiras de gran sección, mientras
que el otro está formado por un gran número de espiras de pequeña
sección.
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
La particularidad del motor de excitación compound es que el
devanado de excitación esta dividido en dos partes. Una esta
conectada en derivación y la otra , se conecta en serie con el inducido.
Con esto se consigue que el motor de excitación compound trabaje
como un motor en derivación cuando no tiene carga y como un motor
con excitación en serie cuando tiene carga.
Este tipo de motor se utiliza cuando se necesita un par de arranque
mayor que el proporciona un motor en derivación o shunt.Por ejemplo
, en los ascensores, montacargas , etc.
Tipos de Conexión de un Motor de Corriente Continua
Temas investigativos
• Investigar acerca de las características del vacío, carga y terminales en
los motores de corriente continua.