Curso: Electrotecnia General. Grupo: xii-a2 Prof: Jorge L,Patiño V marzo 2011



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Curso: Electrotecnia General. Grupo: XII-A2 Prof: Jorge L,Patiño V Marzo 2011.

Motores de corriente directa (C.D.)

  1. Introducción

  2. Motor de corriente continua

  3. Utilización de los motores de corriente directa [C.D.] o corriente continua [C.C.]

  4. Velocidad del motor de corriente continua

  5. Caja de bornes

  6. Conclusión

  7. Bibliografía

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Introducción



Los motores eléctricos de corriente continua son el tema de base que se amplía en el siguiente trabajo, definiéndose en el mismo los temas de más relevancia para el caso de los motores eléctricos de corriente continua, como lo son: su definición, los tipos que existen, su utilidad, distintas partes que los componen, clasificación por excitación, la velocidad, la caja de bornes y otros más.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores, etc.)

Motor de corriente continua

Un motor eléctrico de Corriente Continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.


Fundamentos de operación de los motores eléctricos

En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación.



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Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios:

  1. El de inducción, descubierto por Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor.



  1. El principio que André Ampere observó en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.

El movimiento giratorio de los motores de C.C. se basa en el empuje derivado de la repulsión y atracción entre polos magnéticos. Creando campos constantes convenientemente orientados en estator y rotor, se origina un par de fuerzas que obliga a que la armadura (también le llamamos así al rotor) gire buscando "como loca" la posición de equilibrio.

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Gracias a un juego de conexiones entre unos conductores estáticos, llamados escobillas, y las bobinas que lleva el rotor, los campos magnéticos que produce la armadura cambian a medida que ésta gira, para que el par de fuerzas que la mueve se mantenga siempre vivo.

Utilización de los motores de corriente directa [C.D.] o corriente continua [C.C.]



Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo número de carbones.

Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:

  • Atendiendo a su forma de excitación.

  • Serie

  • Paralelo

  • Compound

  • Motor serie: es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo (campo magnético principal) se conecta en serie con la armadura. Este devanado está 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 del motor). Cuando el motor tiene mucha carga, el campo de serie produce un campo magnético mucho mayor, lo cual permite un esfuerzo de torsión mucho mayor. Sin embargo, la velocidad de giro varía dependiendo del tipo de carga que se tenga (sin carga o con carga completa). Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y pueden acelerar cargas pesadas rápidamente.
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  • Motor shunt o motor paralelo: es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar.

Al igual que en las dínamos shunt, 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.

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  • Motor compound: es un motor de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados 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. 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. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo.

Esto provee una característica de velocidad que no es tan "dura" o plana como la del motor shunt, ni tan "suave" como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio.



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Las partes fundamentales de un motor de corriente continua son:

  • Estator: Es el que crea el campo magnético fijo, al que le llamamos Excitación. En los motores pequeños se consigue con imanes permanentes. Cada vez se construyen imanes más potentes, y como consecuencia aparecen en el mercado motores de excitación permanente, mayores.

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Inducido de C.C.

  • Escobillas: Normalmente son dos tacos de grafito que hacen contacto con las bobinas del rotor. A medida que éste gira, la conexión se conmuta entre unas y otras bobinas, y debido a ello se producen chispas que generan calor. Las escobillas se fabrican normalmente de grafito, y su nombre se debe a que los primeros motores llevaban en su lugar unos paquetes hechos con alambres de cobre dispuestos de manera que al girar el rotor "barrían", como pequeñas escobas, la superficie sobre la que tenían que hacer contacto.

  • Colector: Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan a cabo intercalando una corona de cobre partida en sectores. El colector consta a su vez de dos partes básicas:

  • Delgas: Son los sectores circulares, aislados entre sí, que tocan con las escobillas y a su vez están soldados a los extremos de los conductores que conforman las bobinas del rotor.



  • Micas: Son láminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de manera que el conjunto forma una masa compacta y mecánicamente robusta.

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Visto el fundamento por el que se mueven los motores de C.C., es fácil intuir que la velocidad que alcanzan éstos dependen en gran medida del equilibrio entre el par motor en el rotor y el par antagonista que presenta la resistencia mecánica en el eje.



Excitación.

La forma de conectar las bobinas del estator es lo que se define como tipo de excitación. Podemos distinguir entre:



  • independiente: Los devanados del estator se conectan totalmente por separado a una fuente de corriente continua, y el motor se comporta exactamente igual que el de imanes permanentes. En las aplicaciones industriales de los motores de C.C. es la configuración más extendida.

  • serie: Consiste en conectar el devanado del estator en serie con el de la armadura. Se emplea cuando se precisa un gran par de arranque, y precisamente se utiliza en los automóviles. Los motores con este tipo de excitación se embalan en ausencia de carga mecánica. Los motores con esta configuración funcionan también con corriente alterna.

  • paralelo: Estator y rotor están conectados a la misma tensión, lo que permite un perfecto control sobre la velocidad y el par.

  • Compound: Del inglés, compuesto, significa que parte del devanado de excitación se conecta en serie, y parte en paralelo. Las corrientes de cada sección pueden ser aditivas o sustractivas respecto a la del rotor, lo que da bastante juego, pero no es este el lugar para entrar en detalles al respecto.

Velocidad del motor de corriente continua

Como ya hemos dicho, la configuración más popular es la de excitación independiente, y a ella se refieren las dos expresiones que vienen a continuación:

1.      La velocidad es proporcional al valor de la tensión media de C.C. esto es válido siempre que se mantengan constantes, las condiciones de excitación y el par mecánico resistente.

2.      El valor de la tensión media aplicada a las conexiones de la armadura del motor se distribuye fundamentalmente de la forma:



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  • U: Tensión media aplicada.

  • RxI: Caída de tensión debida a la corriente que circula por el inducido.

  • E: Fuerza contra electromotriz inducida (velocidad).

Según el punto (1), la velocidad se puede variar empleando rectificadores controlados para proporcionarle en todo momento la tensión media adecuada. Para medir su velocidad podemos emplear, según el punto (2), un método alternativo a la dinamo tacométrica y que consiste en restar a la ecuación (1) la caída de

tensión (RxI) en la resistencia de las bobinas de armadura, (con amplificadores operacionales) quedándonos sólo con el valor correspondiente a la fuerza contraelectromotriz (E), muestra directa de la velocidad.

En nuestro entorno, tendemos a pensar que allá donde encontremos motores de corriente continua es muy posible que sea debido a la necesidad de tener que poder variar la velocidad de forma sencilla y con gran flexibilidad.

Caja de bornes

El bornero de un motor de C.C. suele proporcionar dos parejas de conexiones, una para la excitación, y otra para la armadura. Al tratarse de devanados para corriente continua sus bornes estarán coloreados, habitualmente de rojo y negro.

http://www.monografias.com/trabajos74/motores-corriente-directa/image012.gif

Las tomas de estator y rotor deben ir debidamente diferenciadas, pero aún sin señales puede distinguirse entre unas y otras porque las de la armadura son de sección sensiblemente mayor.



  • Conclusión

Un motor eléctrico de corriente continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos, que para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos.

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

- Rotor

- Estator



  • Dentro de éstas se ubican los demás componentes como:

- Escobillas y porta escobillas

- Colector

- Eje

- Núcleo y devanado del rotor



- Imán Permanente

- Armazón



-Tapas o campana

  • Los motores de corriente continua son de menos utilización que los motores de corriente alterna en el área industrial, debido que los motores de corriente alterna se alimentan con los sistemas de distribución de energías "normales".



  • Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua

http://perso.wanadoo.es/luis_ju/ebasica2/mcc_01.html

http://www.unicrom.com/Tut_MotorCC.asp.

Cuestionario N°1

  1. ¿Qué factores hacen del motor de corriente directa o continua el más versátil en la industria?

  2. ¿Enumere dos aplicaciones de potencia de los motores de c.c?

  3. ¿Enumere dos aplicaciones de precisión de los motores de c.c?

  4. ¿Qué es un motor de c.c?

  5. En magnetismo se conoce la existencia de dos polos magnéticos. ¿Cuáles son?

  6. ¿Cuál es fundamento de operación de los motores eléctricos?

  7. En conclusión. ¿Cómo se produce el movimiento de rotación de un motor?

  8. ¿Elabore un pequeño esquema que ilustre el movimiento de rotación de un motor?

  9. ¿Cuáles son los dos principios básicos de la operación de un motor eléctrico?

  10. ¿Qué señala el principio descubierto por Michael Faraday?

  11. ¿Qué señala el principio descubierto por André Amper?

  12. ¿En qué se basa el movimiento giratorio de los motores?

  13. ¿Cuál es el factor primordial del uso o aplicación de los motores de c.c?

  14. A qué se llama excitación de un motor?

  15. Atendiendo a su tipo de excitación. ¿Cómo se clasifican los motores de c.c?

  16. ¿Cuándo se dice que un motor tiene excitación serie?

  17. ¿Cuándo se dice que un motor tiene excitación shunt o paralelo?

  18. ¿Cuándo se dice que un motor tiene excitación compound?

  19. ¿Cuál es la razón principal por el cual en un motor serie, su devanado de campo es de alambre grueso?

  20. ¿Cómo es el par de arranque de un motor serie?

  21. ¿De qué factor depende la velocidad de giro de un motor serie de c.c?

  22. ¿Elabore el esquema de un motor serie?

  23. ¿Qué es un motor con excitación shunt o paralelo?

  24. ¿Qué características tiene el bobinado principal de un motor shunt o paralelo?

  25. ¿Elabore un esquema de un motor shunt o paralelo?

  26. ¿Qué es un motor compound?

  27. ¿Cuáles son las características del campo en serie de un motor compound?

  28. ¿Por qué el campo en serie de un motor compound es de alambre grueso y pocas vueltas?

  29. ¿Cuándo se dice que el motor es del tipo compound acumulativo?

  30. ¿Enumere la aplicación más notable de un motor compound acumulativo?

  31. ¿Elabore el diagrama de un motor compound?

  32. ¿Cuáles son las partes fundamentales de un motor de c.c?

  33. ¿Cómo son los devanados de campo principal o estatores de los motores de corriente continua?

  34. ¿Con qué otro nombre se le conoce al rotor de un motor de c.c.?

  35. ¿De qué factores depende la velocidad que alcanza un motor de c.c?

  36. ¿Qué es el tipo de excitación?

  37. ¿Cuántas clases de excitación podemos distinguir en los motores de c.c?

  38. ¿A qué se llama excitación independiente?

  39. ¿Cuántas clases de autoexcitación existen?

  40. La caja de bornes del motor suele proporcionar dos parejas de bornes. ¿Cuáles son?



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