Proyecto Motor DC

FACULTAD DE ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES

PROFESOR: CURSO:

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

CICLO:

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ALUMNO: 

CAMPOS MALDONADO, ARMANDO

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2012 UNFV

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ÍNDICE INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………….3

MARCO TEÓRICO……………………… TEÓRICO………………………………………………… ………………………………………………4 ……………………4

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 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS…………..……………………………….5 CONSTRUCTIVOS…………..……………………………….5

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PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO………………… FUNCIONAMIENTO………………………….…… ……….…….......11

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TIPOS DE MOTORES …………………………………………..….…........16 I.

De excitación independiente

II.

De excitación en derivación

III.

De excitación en serie

IV.

De excitación compuesta

V.

Motor Paso a Paso

 APLICACIÓN Y VENTAJA DE LOS MOTORES DC…………………………………………………… DC………………………… ………………………………………………….… ……………………….…..…......19

PROYECTO MOTOR DC …………………..………………………..………….…… .23 CONCLUSIONES……………………………………… CONCLUSIONES………… …………………………………………..…………. ……………..………….…….28 …….28 REFERENCIAS…………………………………………… REFERENCIAS………………… …………………………………..…………….… ………..…………….…….29 ….29

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INTRODUCCIÓN

Nuestro proyecto proviene de conceptos más generales, de ideas superiores que marcaron su inicio; es por ello, que a continuación se encuentran algunos conceptos previos que no harán más que reforzar la adecuada comprensión del tema. Dicho esto entonces, empezamos: Con el descubrimiento de la ley de la inducción electromagnética por Faraday, empieza la historia de las máquinas eléctricas y hasta mediados de la octava década del siglo pasado, representa en esencia la historia del desarrollo de la máquina de corriente continua. La corriente continua presenta grandes ventajas, entre las cuales está su capacidad para ser almacenada de una forma relativamente sencilla. Esto, junto a una serie de características peculiares de los motores de corriente continua, y de aplicaciones de procesos electrolíticos, tracción eléctrica, entre otros, hacen que existen diversas instalaciones que trabajan basándose en la corriente continua. Los motores de corriente continua son las máquinas que transforman la energía eléctrica en mecánica y los generadores de corriente continua son las mismas máquinas que transforman la energía mecánica en eléctrica. No existe diferencia real entre un generador y un motor, a excepción del sentido de flujo de potencia. Los generadores se clasifican de acuerdo con la forma en que se provee el flujo de campo, y éstos son de excitación independiente, derivación, serie, excitación compuesta acumulativa y compuesta diferencial, y además difieren de sus características terminales (voltaje, corriente) y por lo tanto en el tipo de utilización. 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 corriente 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 

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MARCO TEÓRICO

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ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

Los motores de corriente continua universalmente o básicamente se componen de dos partes sumamente importantes como son el rotor y el estator, dentro de estas dos partes se alojan muchos más componentes.

1. ESTATOR: El estator es una de las partes más importantes ya que es la que contiene a todos los demás componentes de estas máquinas. Formado por una corona de material ferromagnético denominada culata o yugo en cuyo interior, regularmente distribuidos y en número par, van dispuestos unos salientes radiales con una expansión en su extremo, denominados polos, sujetos por tornillos a la culata. Rodeando los polos, se hallan unas bobinas de hilo, o pletina de cobre aislado, cuya misión es, al ser alimentadas por corriente continua, crear el campo magnético inductor de la máquina, el cual presentará alternativamente polaridades norte y sur. Salvo las máquinas de potencia reducida, en general de menos de 1 kW, encontramos también en el estator, alternando los polos antes citados, otros llamados polos de conmutación.

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Partes del estator: 

Armazón o carcaza.- también lo llama yugo, esta parte de la maquina tiene la función de soporte y también sirve como retorno del flujo magnético del rotor.

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Devanado de excitación.- cabe decir que hay muchas maquinas que en vez de tener devanado de excitación constan de un imán permanente, pero cualquiera de los casos ambos cumplen la misma función, que es proporcionar un campo magnético permanente para que el flujo de este interactúe con el rotor y se produzca movimiento y el rotor gire.

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Escobillas.- Son hechas básicamente de carbón y están alojadas en los porta escobillas, y estos a su vez en una de las tapas de la carcasa, tienen la misión o función de recibir el potencial del colector de delgas y al estar  fijas evitan que se enreden los cables, es la interfaz entre el colector de delgas y los componentes externos.

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2. ROTOR: El rotor básicamente es la parte móvil de la máquina, esta recepta el flujo que produce el estator para con su bobinado interno (bobinado inducido) también produce un campo magnético que hace que este gire. Formado por una columna de material ferromagnético, a base de chapas de hierro, aisladas unas de las otras por una capa de barniz o de óxido. La corona de chapa magnética presenta en su superficie externa un ranurado donde se aloja el devanado inducido de la máquina. Este devanado está constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente aislados, cerrado sobre sí mismo al conectar el final de la última bobina con el principio de la primera.

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Partes del rotor: 

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Eje.- Este componente del rotor es el principal por encontrarse en el centro de rotación siendo así el que transmite la rotación al devanado inducido y colector. Por lo general está formado por una barra de acero fresado. Núcleo.- Por ser parte del rotor, este se encuentra albergado sobre el eje de rotación y por lo general es fabricado por láminas de acero y su importante funcionamiento es el de proporcionar una trayectoria al flujo magnético entre los polos y así lograr que el flujo magnético circule.

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Devanado inducido.- Este consta de bobinas completamente aisladas entre si ubicadas entre las ranuras del núcleo, los terminales de estas bobinas están conectadas eléctricamente al colector.

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Colector.- Como su nombre lo indica este se conforma por varias laminas denominadas delgas, por esto es denominado colector de delgas. Este colector de delgas también se encuentra sobre el eje el cual transmite su rotación y se encuentra en permanente contacto con las escobillas por lo cual sufren un ligero desgaste. El funcionamiento del colector es recoger la tensión que se produce en el devanado inducido y lo transmite a través de las escobillas hasta los terminales.

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PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

Un motor de corriente de continua basa su funcionamiento en la fuerza producida en un conductor a causa de la presencia de un campo magnético B sobre una intensidad de corriente eléctrica I. La expresión que la rige es:

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 M que se origina tiene un valor. 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. 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 retórica 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. En ciertas condiciones de trabajo, un motor de corriente continua puede ser  arrastrado por la carga y entonces funciona como generador. Esto es, el motor  absorbe energía cinética de masa giratoria, de manera que la corriente circula UNFV

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ahora en sentido inverso, pues no la suministra la línea, sino que es devuelta a ella, por la Fem mayor del motor funcionando como generador. Esto reduce la velocidad del motor, teniéndose así un método de frenado. Se puede tener  frenado regenerativo cuando la energía retorna a la línea o frenado dinámico cuando la energía se disipa en una resistencia.

Funcionamiento de un motor en dc.

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CLASIFICACION DE LOS MOTORES DC En general el campo magnético de un motor de DC se puede producir por bobinas o imanes permanentes. Debido a la popularidad de los motores de cd de imán permanente en aplicaciones de sistemas de control, y sobre todo; por que se adapta a las necesidades del proyecto se escoge este tipo de motores. Los motores de DC de imán permanente se pueden clasificar de acuerdo con el esquema de conmutación y al diseño de la armadura. Los motores de cd convencionales tienen escobillas mecánicas y conmutadoras. Sin embargo, en una clase importante de motores de cd la conmutación se hace en forma electrónica; este tipo de motor se llama motor de DC sin escobillas. De acuerdo con la construcción de la armadura, el motor de cd de imán permanente se puede descomponer en tres tipos de diseño de armadura:

Núcleo de hierro: El material del imán permanente puede ser bario-ferrita, Alnico, o un compuesto de ¨ tierras raras ¨. El flujo magnético producido por el imán pasa a través de la estructura del rotor laminado que tiene ranuras. Los conductores de la armadura están localizados en las ranuras del rotor. Este tipo de motor está caracterizado por una inercia del motor relativamente alta (ya que la parte giratoria está formada por las bobinas de la armadura), una inductancia alta, bajo costo y alta confiabilidad.

Configuración del rotor y estator de un motor de DC de imán permanente de núcleo de hierro.

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Devanado superficial: Los conductores de la armadura están pegados a la superficie de la estructura cilíndrica del rotor, la cual está hecha de discos laminados sujetados al eje del motor. Ya que en este diseño no se emplean ranuras sobre el rotor, no presenta el efecto de rueda dentada. Puesto que los conductores están proyectados en el entrehierro de aire que está entre el rotor y el campo de imán permanente, este campo tiene menor inductancia que el de estructura de núcleo de hierro.

Rotor de un motor de cd de imán permanente de devanado superficial.

Bobina móvil: Los motores de bobina móvil están diseñados para tener  momentos de inercia muy bajos e inductancia de armadura también muy baja. Esto se logra al colocar los conductores de la armadura en el entrehierro entre la trayectoria de regreso del flujo estacionario y la estructura de imán permanente. En este caso la estructura del conductor está soportada por un material no magnético normalmente resinas epóxicas o fibra de vidrio para formar un cilindro hueco. Uno de los extremos del cilindro forma un eje, el cual está conectado al eje del motor. Ya que se han eliminado todos los elementos no necesarios de la armadura del motor de bobina móvil, su momento de inercia es muy bajo. Como los conductores del motor de bobina móvil no están en contacto directo con el hierro, la inductancia del motor es muy baja; valores menores a 100 mH son comunes en este tipo de motor. Las propiedades de inercia e inductancia bajas hacen que el motor de bobina móvil sea una de las mejores elecciones de actuadores para sistemas de control de alto desempeño.

Sección transversal motor de bobina móvil. UNFV

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Motor DC sin escobillas: Los motores de cd sin escobillas difieren de los mencionados anteriormente en que emplean conmutación eléctrica (en lugar de mecánica) de la corriente de armadura. La configuración del motor de cd sin escobillas más comúnmente empleado especialmente para aplicaciones de movimiento incremental es una en la que el rotor consta de imanes y un soporte de hierro, en el que las bobinas conmutadas están localizadas en forma externa a las partes giratorias. En comparación con los motores de cd convencionales es una configuración interna-externa. En función de la aplicación específica, los motores de DC sin escobillas se pueden usar cuando se requiere un momento de inercia bajo, como en el manejo del eje de unidades de disco de alto desempeño empleado en computadoras.

Las bobinas conmutadas están localizadas en forma externa a las partes giratorias.

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TIPOS DE MOTORES

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De excitación independiente.- Son aquellos que obtienen la alimentación del rotor 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 el par de fuerza es entonces prácticamente constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán sólo a la disminución de la fuerza electromotriz por aumentar la caída de tensión en el rotor. Este sistema de excitación no se suele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior de corriente.

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De excitación en derivación.- Los devanados inducidos e inductor están conectados en paralelo y alimentados por una fuente común. También se denominan máquinas shunt, y en ellas un aumento de la tensión en el inducido hace aumentar la velocidad de la máquina.

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De excitación en serie.- Los devanados de inducido y el inductor están colocados en serie y alimentados por una misma fuente de tensión. 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.

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De excitación compuesta.- También llamados compound, en este caso 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. Permite obtener por tanto un motor  con las ventajas del motor serie, pero sin sus inconvenientes. Sus curvas características serán intermedias entre las que se obtienen con excitación serie y con excitación en derivación.

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Motores de Pasos o Motores Paso a Paso.- Los motores paso a paso son muy utilizados en la práctica. Ejemplos de aplicaciones de este tipo de motores son las unidades de disco flexible de los ordenadores personales, impresoras, robótica, y en general en todos aquellos casos en los que sea preciso controlar la cantidad que gira el motor en un sentido dado. Son ligeros y fiables, aunque su estructura interna es más compleja que en el resto de motores que veremos.

Un motor paso a paso es, en esencia, un conversor electromecánico, que transforma la energía eléctrica en mecánica. Pero tiene una característica peculiar  que le hace distinto al resto de los motores. Mientras que un motor convencional gira libremente al aplicar una tensión comprendida dentro de ciertos límites, el motor paso a paso está concebido de tal manera que gira un determinado ángulo proporcional a la "codificación" de tensiones aplicadas a sus entradas (4, 6, etc.). La posibilidad de controlar en todo momento esta codificación permite realizar  desplazamientos angulares lo suficientemente precisos, dependiendo el ángulo de paso (o resolución angular) del tipo de motor (puede ser tan pequeño como 1,80º hasta unos 15º). De este modo, si por ejemplo el número de grados por paso es de 1,80º, para completar una vuelta serán necesarios 200 pasos. De la misma manera que se puede posicionar el eje del motor, es posible controlar  la velocidad del mismo, la cual será función directa de la frecuencia de variación de las codificaciones en las entradas. Dentro de los de imán permanente se distinguen tres subtipos. Motores Unipolares, Bipolares y Multifases.

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APLICACIONES Y VENTAJAS DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

 Aunque el precio de un motor de corriente continua es considerablemente mayor  que el de un motor de inducción de igual potencia, existe una tendencia creciente a emplear motores de corriente continua en aplicaciones especiales. La gran variedad de la velocidad, junto con su fácil control y la gran flexibilidad de las características para velocidad del motor de corriente continua, han hecho que en los últimos años se emplee éste cada vez más con máquinas de velocidad variable en las que se necesite amplio margen de velocidad y control fino de las mismas. Existe un creciente número de procesos industriales que requieren una exactitud en su control o una gama de velocidades que no se puede conseguir con motores de corriente alterna. El motor de corriente continua mantiene un rendimiento alto en un amplio margen de velocidades, lo que junto con su alta capacidad de sobrecarga lo hace más apropiado que el de corriente alterna para muchas aplicaciones. Los motores de corriente continua empleados en juguetes, suelen ser del tipo de imán permanente, proporcionan potencias desde algunos vatios a cientos de vatios. Los empleados en giradiscos, unidades lectoras de CD, y muchos discos de almacenamiento magnético son motores en los que el rotor es de imán fijo y sin escobillas. En estos casos el inductor, está formado por un juego de bobinas fijas, y un circuito electrónico que cambia el sentido de la corriente a cada una de las bobinas para adecuarse al giro del rotor. Este tipo de motores proporciona un buen par de arranque y un eficiente control de la velocidad. Otra ventaja es la facilidad de inversión de marcha de los motores grandes con cargas de gran inercia, al mismo tiempo que devuelven energía a la línea actuando como generador, lo que ocasiona el frenado y la reducción de velocidad.

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Las principales aplicaciones del motor de corriente continua son:

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Trenes de laminación reversibles: Los motores deben de soportar una alta carga. Normalmente se utilizan varios motores que se acoplan en grupos de dos o tres.

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Trenes Konti: Son trenes de laminación en caliente con varios bastidores. En cada uno se va reduciendo más la sección y la velocidad es cada vez mayor.

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Cizallas en trenes de laminación en caliente. Se utilizan motores en derivación.

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Industria del papel: Además de una multitud de máquinas que trabajan a velocidad constante y por lo tanto se equipan con motores de corriente continua, existen accionamientos que exigen par constante en un amplio margen de velocidades.

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Otras aplicaciones son las máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles.

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Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, control de tensión en máquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes.

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El motor de corriente continua se usa en grúas que requieran precisión de movimiento con carga variable (cosa casi imposible de conseguir con motores de corriente alterna).

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COMPAÑÍA USIMINAS País: Brasil Suministros: Motores de Corriente Continua de 325 kW.  Aplicación: Cilindro tensor de alimentación de tiras

COMPAÑÍA HEARTLAND STEEL País: EUA Suministros: Motores de Corriente Continua de 448 a 1119 kW.  Aplicación: Laminación en frío

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COMPAÑÍA UNÍ-SYSTEMS País: Nicaragua Suministros: Motores de Corriente Continua de 746 KW.  Aplicación: Moliendas de caña de azúcar 

COMPAÑÍA MINERAÇÕES BRASILEIRAS REUNIDAS País: Brasil Suministros: Motores de Corriente Continua de 350 kW  Aplicación: Cintas transportadoras

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PRIMER PROYECTO DEL MOTOR DC Introducción: Para la realización de este proyecto de Motor DC didáctico se estudio sobre los principios básicos del funcionamiento de un motor de corriente continua común empezando por la idea de generar el campo magnético esto a través de un bobinado el cual se comportara como un imán y cuyos polos se rechazan o atraen con los imanes que se encuentra en la base de madera

PASO 01: Construcción de la base Esto se realizo con un pedazo de madera en los que se atornillaron un par de topes en los cuales eran enganchados 2 cocodrilos grandes haciendo el papel de pilares para sujetar el cuerpo del motor.

PASO 02: Enrollado de la bobina y unión con el eje de giro Se enrrollo 10m de alambre esmaltado #30 y se paso a fijarlo a un eje construido con un cartucho de tinta de lapicero colocando 2 pedazos de cobre en los extremos

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PASO 03: Ensamblado final Finalmente se procede a fijar el eje en la base construida inicialmente y solo restara alimentar los pilares con una batería haciéndole circular corriente para que se produzca el movimiento de la bobina.

SEGUNDO PROYECTO DEL MOTOR DC Introducción:  A continuación se propone un segundo proyecto del motor DC realizando de una manera mas compleja que el anterior pero siguiendo los principios básicos del funcionamiento de todo motor DC, como es un rotor y generación del campo magnético.

Materiales:            

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1 metro de alambre de Cobre para bobinados de 0,6 a 0,7 mm de Diámetro. 2 barras de metal (soporte). 2 cables con pinzas cocodrilo. Fuente reguladora de alimentación de voltaje o batería. Un imán de buena intensidad. Soporte de madera (base). Pegamento. Cinta aislante. Cuadras de metal y pernos. Interruptor. Cable conductor. Lija fina para metal. Página 24

PASO 1: Construcción de la bobina Para armar el motor comenzamos generando una bobina para lo cual bobinamos el alambre generando vueltas, dejando unos 4 cm en cada extremo, que serán nuestros ejes.

PASO 2: Elaborando el eje Se vio conveniente realizar algunas vueltas tipo lazo al finalizar el bobinado para evitar que este se desarme, también fue conveniente que ambos extremos se encuentren en una misma línea imaginaria que pasa por el centro de la bobina. Esto facilitara el equilibrado final de la bobina y lograremos mejores resultados puesto que nuestro eje está terminado.

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PASO 3: Determinando el sentido de giro Con una lija fina se eliminó el esmalte de uno de los extremos del eje, mientras que en el otro extremo del eje solo se procedió a eliminar parte del esmalte (la mitad de circunferencia del alambre), de este modo logramos que el motor solo rote en un sentido determinado.

PASO 4: Fijando el soporte y estructura En este paso cortamos un trozo de madera adecuado que nos sirva como base para el MOTOR DC. Además fijamos fuertemente las barras de metal sobre la base obteniendo así una estructura sólida para nuestro proyecto.

PASO 5: Asegurando el campo magnético Una vez colocado el bobinado sobre las barras de metal se procede a fijar los imanes en la base. Los imanes pueden ser sostenidos con unas cuadras de metal o simplemente estar adheridos con pegamento sobre la base de madera.

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PASO 6: Dando energía eléctrica al motor Por último se conecta en las dos barras de metal, que hacen soporte, una fuente de alimentación de voltaje. Brindándole así la energía eléctrica necesaria al bobinado y este a su vez pueda girar generando entonces energía mecánica.

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Conclusiones:

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Los motores de corriente continua están presente es nuestra vida diaria tanto en electrodomésticos como en juguetes y estos en su interior tienen mecanismos que convierten la corriente alterna en continua.

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cuando una partícula cargada eléctricamente se mueve dentro de un campo magnético experimenta una fuerza perpendicular a la dirección de ese movimiento y perpendicular, a su vez, a la dirección del flujo del campo magnético.

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Existe un creciente número de procesos industriales que requieren una exactitud en su control o una gama de velocidades que no se puede conseguir con motores de corriente alterna, es ahí donde los motores DC ejercen un papel fundamental.

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La mejor forma de controlar el ciclo de trabajo de un motor DC es por  el ancho de pulso así se puede calcular a que porcentaje se desea que trabaje dicho motor y otra aplicación importarte es el contra giro del motor ya que hay sistemas en los cuales es necesario como por  ejemplo una Puerta automatizada.

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REFERENCIAS

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Máquinas Eléctricas - Jesús Fraile Mora (5ta Edición).

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Stephen J. Chapman-Maquinas Eléctricas 3ed en español.

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Irving L. Kosow, MAQUINAS ELÉCTRICAS Y TRANSFORMADORES. 2DA Edición.

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http://automecanico.com/auto2011/alt1.html.

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http://www.infowarehouse.com.ve/pugoz/ingelect/ingelec_motorcc.pdf.

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http://www.app.etsit.upm.es/departamentos/teat/asignaturas/labingel/motore s%20de%20cc%20de%20iman%20permanente%20y%20rotor_v5.pdf 

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http://www.cienciaredcreativa.org/informes/motor.pdf 

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http://avaluos1.blogspot.com/2008/01/construccion maquinas.html

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Página web: www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf 

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http://www.mitecnologico.com/iem/Main/Maquinas dc

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http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~41001719/electricos/2fp2/t2fp205 .html

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http://www.redeya.com

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http://www.tecnocom.biz/noticia.asp?idnoticia=447

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http://todorobot.com.ar 

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http://alek.pucp.edu.pe/cursos/pregrado/iee215/introduccion/introduccion.ht m

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http://www.aisa.uvigo.es/DOCENCIA/AyRobotica/Motores.pdf 

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