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MOTORES DE CORRIENTE CONTINÚA

1. Principios básicos Tipos de máquinas eléctricas Generador: Transforma cualquier clase de energía, normalmente mecánica, en eléctrica. Transformador: Modifica alguna de las características de la energía eléctrica (normalmente, tensión, intensidad de corriente o potencia) Receptor: Convierte cualquier tipo de energía la energía eléctrica que reciben. Ejemplo: motores.  

Si la energía mecánica se transforma en eléctrica hablamos de generador. Si la energía eléctrica se transforma en energía energía mecánica hablamos hablamos de motor.

Fuerza electromagnética electromagnética ejercid ejercida a sobre un cable conduct or 2. Fuerza Si un cable conductor recorrido por una corriente eléctrica de intensidad (I) está en presencia de un campo magnético (B), aparece una fuerza sobre el conductor cuyo valor es:  =  ·  ·  · 

B = Inducción magnética (Tesla) L= longitud (en m) del conductor I = Intensidad de la corriente eléctrica que recorre el conductor (Amperios) α = ángulo que forma el conductor y la dirección del campo magnético F = Fuerza a la que está sometido el conductor (en Newton) Como sen 0 = 0, se puede deducir que si la dirección de las lineas del campo magnético el sentido de la corriente, la fuerza es nula.

Para conocer el sentido de la fuerza, usamos la regla de la mano derecha.

Si por el cable circula una corriente (I) en el sentido que muestra los dedos en la figura y el campo magnético (B) ( B) tiene el sentido que muestra, se s e ejercerá sobre

el cable que conduce la corriente (I) una fuerza (F) que tiene la dirección mostrada por el dedo pulgar.

3. Máquinas de corriente continua Las máquinas de corriente continua son generadores que convierten energía mecánica en energía eléctrica de corriente continua, y motores que convierten energía eléctrica de corriente continua en energía mecánica. La mayoría las máquinas de corriente continua son semejantes a las máquinas de convierte alterna ya que en su interior tienen corrientes y voltajes de corriente alterna. Las máquinas de corriente continua tienen corriente continua sólo en su circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo que convierte los voltajes internos de corriente alterna en voltajes corriente continua en los terminales. Este mecanismo se llama colector, y por ello las máquinas de corriente continua se conocen también como máquinas con colector.

Partes básicas de las máquinas de corriente continua reales La máquina de corriente continua consta básicamente de las partes siguientes:

Inductor:  Es la parte de la máquina destinada a producir un campo magnético, necesario para que se produzcan corrientes inducidas, que se desarrollan en el inducido. El inductor consta de las partes siguientes:

Pieza polar : Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar.

Núcleo : Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor. Devanado inductor: es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica.

Expansión polar : es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro.

Polo auxiliar o de conmutación : Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran potencia.

Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina.

Inducido : Es la parte giratoria de la máquina, también llamado rotor. El inducido consta de las siguientes partes:

Devanado Inducido : es el devanado conectado al circuito exterior de la máquina y en el que tiene lugar la conversión principal de la energía.

Colector : es el conjunto de láminas conductoras (delgas), aisladas unas de otras, pero conectadas a las secciones de corriente continua del devanado y sobre las cuales frotan las escobillas.

Núcleo del induc ido : Es una pieza cilindrica montada sobre el cuerpo (o estrella) fijado al eje, formada por núcleo de chapas magnéticas. Las chapas disponen de unas ranuras para alojar el devanado inducido.

Escobillas : Son piezas conductoras destinadas a asegurar, por contacto deslizante, la conexión eléctrica de un órgano móvil con un órgano fijo.

Entrehierro: Es el espacio comprendido entre las expansiones polares y el inducido: suele ser normalmente de 1 a 3 mm, lo imprescindible para evitar el rozamiento entre la parte fija y la móvil.

Cojinetes : Son las piezas que sin/en de apoyo y fijación del eje del inducido.

Despiece de una máquina de corriente continua

Estructura de una Máquina DC o de corriente continua 2

4. Motor DC o de corriente continua Son máquinas eléctricas rotativas que transforman la energía eléctrica en mecánica. Los motores de corriente continua presentan el inconveniente de ser más complejos que los de CA y de que sólo pueden ser alimentados a través de equipos rectificadores. En contrapartida, poseen un par de arranque elevado, y su velocidad se puede regular con facilidad entre amplios límites, lo que los hace ideales para aplicaciones donde sea importante el control y la regulación.

Principio de funcionamiento Cuando un conductor de longitud l está inmerso en el seno de un campo magnético B y hacemos circular por él una corriente eléctrica i, aparecen unas fuerzas de carácter electromagnético F que tienden a desplazarlo.

Fuerza producida en una espira inmersa dentro de un campo magnético Haciendo circular una corriente por una espira situada en un campo magnético, cada conductor se verá sometido a una fuerza de direcciones contrarias, por serlo el sentido de la corriente. El par de fuerzas generado hará girar la espira que, al disponer de un colector de delgas, hará que la corriente circule siempre en el mismo sentido manteniendo el sentido del par y por tanto del giro.

Se obtendrá el valor máximo de fuerza cuando el campo magnético sea perpendicular al conductor y se tendrá una fuerza nula cuando el campo sea paralelo al flujo de corriente eléctrica donde 'l' es la longitud del conductor. El par motor o torque M=T=C que se origina tiene un valor.

Que para el caso de la espira de la figura

Donde w es el ancho de la espira, α es el ángulo que forma la espira con respecto al campo B

Par, torque o momento producido en una espira que conduce corriente dentro de un campo magnético Esa fuente de campo magnético proviene del devanado inductor. Este es recibido por el devanado inductor, este inductor hace girar el rotor, el cual recibe la corriente eléctrica de la fuente mediante un colector y sistema de escobillas. El colector es básicamente un conmutador sincronizado con el rotor, que conmuta sus bobinas provocando que el ángulo relativo entre el campo del rotor y el del estator se mantenga, al margen de si el rotor gira o no, permitiendo de esta forma que el par motor sea independiente de la velocidad de giro de la máquina.  Al recibir la corriente eléctrica e iniciar el giro comienza a producirse una variación en el tiempo del flujo magnético por los devanados, produciendo una Fem inducida EB que va en sentido contrario a la Fem introducida por la fuente, ej, una batería. Esto nos da como resultado un valor de intensidad resultante:

Cuando el motor inicia su trabajo, este inicialmente está detenido, existiendo un valor de EB nulo, y teniéndose así un valor de intensidad rotórica muy elevada que puede afectar el rotor y producir arcos eléctricos en las escobillas. Para ello se conecta una resistencia en serie en el rotor durante el arranque, excepto en los motores pequeños. Esta resistencia se calcula para que el motor del par nominal en el arranque. Si se invierte el sentido de la corriente cambiando la polaridad de la alimentación, se conseguirá cambiar el sentido de giro.

5. Clasificación de los motores de corriente continua Los motores de corriente continua se clasifican según la forma de conexión de las bobinas inductoras e inducidas entre sí. • • • •

Motor Motor Motor Motor

de excitación independiente en serie en derivación o motor Shunt Compound

•El motor de excitación independiente es tal que el  inductor y el inducido se alimentan de dos fuentes de energía independientes. •El motor serie es tal que los devanados del inductor y del inducido se encuentran en serie. •El motor Shunt dispone los devanados inductor e inducido en paralelo. •El motor Com pound consta de dos devanados inductores, uno está en serie con el devanado inducido y el otro en paralelo.

Para conocer las características y posibles aplicaciones de cualquiera de estos motores, deben fijarse cada uno de estos parámetros: •Evolución del régimen de giro (en rpm): es decir, cómo varía la velocidad de giro en diferentes circunstancias. •Potencia eléctrica absorbida por el motor (en kW): da cuenta del consumo de energía. •Par motor (en kgf.m): da cuenta de la capacidad de arrastre del motor. •Rendimiento: da cuenta de las pérdidas de energía del motor.

Motor con excitación shunt.- Se conecta el circuito del inductor en paralelo con el circuito del inducido (comparten la misma fuente externa). Ambos circuitos están calculados para trabajar con una fuente común.



=

 + 

 =

 + (  ∙   )

 =

 .  .  ,  =  .  .  ,  =  +



 =  = (  +  ) .   =

 − 

Esta máquina ha recibido este nombre debido a que su devanado inductor está conectado en derivación a su inducido. Dicho devanado está conformado de muchas espiras y de un conductor delgado debidamente aislado.

Motor con excitación ind ependiente.- Con la finalidad de obtener una intensidad de campo magnético constante e independiente a los cambios bruscos que se presentan en la carga y para mejorar el par y mantener la velocidad mucho más estable que los tipos anteriores, alimentaremos al circuito de campo por medio de una fuente DC externa e independiente (evitando que las variaciones existentes en el circuito de armadura interfieran en el circuito de campo). El circuito de la armadura tendrá su propia fuente de modo que las variaciones existentes (debido a la carga), no afecten al circuito inductor. Por tanto las corrientes  e   son independientes. A continuación podemos detallar las siguientes ecuaciones:

 =

 + (  ∙   )

 =  = 

=

 .  .  ,  =  .  .  ,  =  +  −  (  +  ) . 



El circuito de campo tiene las mismas características de construcción que el GCC tipo shunt y difiere en la utilización de una fuente completamente independiente.

Motor con excit ación compuesta.- El funcionamiento más estable de los motores hacen que la máquina sea de muy buena calidad. Para lograrlo los fabricantes de máquinas de CC han combinado las características de un motor serie y shunt. Se crean entonces las máquinas compuestas que reúnen mejores características que las máquinas estudiadas anteriormente.  =

 + . − 

 =

 .  +  .  −  . 

Según la ubicación de la conexión del circuito inductor, esta máquina puede denominarse de: Paso corto y largo.