REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” EXTENSION: SAN FELIPEFELIPE EDO YARACUY
MOTORES
Autor: Christian Rodríguez C.I: 20.890.957 Esc: 70
Motores de Corriente Continua (D.C) El motor de corriente continua (denominado también motor de corriente directa, motor CC o motor DC) es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción del campo magnético. Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. El estator estator da soporte mecánico al aparato y contiene los devanados principales de la máquina, conocidos también con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cil cilíndrica, índrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa mediante escobillas fijas (conocidas también como carbones). El principal inconveniente de estas máquinas es el mantenimiento, muy caro y laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas. Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen tracción sobre un riel, o bien los motores de imanes permanentes. Los motores de corriente continua (CC) (CC) también se utilizan en la construcción de servomotores y motores paso a paso. Además existen motores de CD sin escobillas. Es posible controlar la velocidad y el par de estos motores utilizando técnicas de control de motores CD.
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Clasificación de Motores de Corriente Continua (D.C) Los motores de corriente continua se construyen con rotores bobinados, y con estatores bobinados o de imanes permanentes. Además existen muchos tipos de motores especiales, como por ejemplo los motores sin escobillas, los servomotores y los motores paso a paso, que se fabrican utilizando un motor de corriente continua como base. Motores con estator bobinado Si el estator es bobinado, existen distintas configuraciones posibles para conectar los dos bobinados de la máquina:
A. Motor de CD en serie: es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie. El voltaje aplicado es constante, mientras que el campo de excitación aumenta con la carga, puesto que la corriente es la misma corriente de excitación. El flujo aumenta en proporción a la corriente en la armadura, como el flujo crece con la carga, la velocidad cae a medida que aumenta esa carga. Las principales características de este motor son: - Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor de corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, este disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es la misma que en el inducido. - La a potencia es casi constante a cualquier velocidad. - 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 contra electromotriz, estabi estabilizándose lizándose la intensidad absorbida.
Clasificación de Motores de Corriente Continua (D.C) B. Motor de CD en paralelo (shunt): El motor shunt o motor de excitación en paralelo es un motor eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. Al igual que en las dinamos 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. En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que en 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. Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye más que ligeramente cuando el par aumenta. Los motores de corriente continua en derivación 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). El motor en derivación se utiliza en aplicaciones de velocidad constante, como en los accionamientos para los generadores de corriente continua en los grupos moto generadores de corriente continua. C. Motor de CD compuesto (compound): Un motor compound (o motor de excitación compuesta) es un Motor eléctrico 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. Él flujo del campo serie varía 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.
Características eléctricas de Motores (D.C) Los motores de Corriente continúan también llamados corriente directa, función gracias a la propiedad de los imanes, o sea el rechazo que se produce entre el campo magnético del rotor y el campo magnético de la carcasa. Como sabes los imanes tienen polo norte y polo sur (en futuro N y S), polos iguales se repelen y polos opuestos se atraen. En los motores "pequeños" de CD el rotor está compuesto por bobinas, y la carcasa de (generalmente) dos imanes, Una característica de éstos motores, la polaridad constante de la carcasa. cuando aplicas corriente a un conductor se produce un campo magnético, cuando haces una bobina ese campo es mayor y si colocas dentro de la bobina un metal paramagnético (hierro) refuerza ese campo, así tenemos en cada extremo polaridades N y S. si acercamos un imán al extremo de la bobina según la polaridad veremos que se atrae o repele. Estos fenómenos lo demuestran y ayudan a entender dos leyes, la Ley de la Fuerza de Lorentz y la ley de la mano derecha hagamos de esa bobina un rotor Cuando aplicas una corriente a la bobina del rotor sucede ese fenómeno y comienza a girar. N con N se repele, primer giro N S se atrae para que la polaridad de nuestro rotor varié existen las escobillas que permiten un constante cambio de polaridad. y de esa manera el polo N del rotor coincidirá siempre con el polo N de la carcasa existiendo la repulsión el motor gira (suceden otras cosas pero no va a nuestra básica lección). ¿Y qué sucede cuando en lugar de aplicar corriente a la bobina, giramos esa bobina en torno al imán? Otra característica y función de los motores de CD, puedes usarlo como generador, la dínamo de la bicicleta es un ejemplo. al mover un conductor cerca de un imán se produce una FEM inducida, provocando campos magnéticos con los efectos que habíamos hablado antes. La característica mas importante de estos motores es la gran posibilidad de variar la velocidad variando la corriente. ya que aumentas o disminuyes la corriente del rotor, este tendrá mayor o menor campo magnético.
Motores de Corriente alterna (A.C) Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que funcionan con este tipo de alimentación eléctrica (ver "corriente alterna"). Un motor es una máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energía en energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos. Un generador eléctrico, por otra parte, transforma energía m mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem (fuerza eléctrica motriz). Las dos formas básicas son el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más correctamente llamado alternador. Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores s y generadores es el alternador
Clasificación de Motores de Corriente alterna (A.C) En algunos casos, tales como barcos, donde la fuente principal de energía es de corriente continua, o donde se desea un gran margen de velocidades de giro, pueden emplearse motores de cc-c. c. Sin embargo, la mayoría de los motores modernos trabajan con fuentes de corriente alterna. Existe una gran variedad de motores de c-a, a, entre ellos tres tipos básicos básicos: A. Motores universales: Los motores universales niversales trabajan con voltajes de corriente continua o corriente alterna. Tal motor, llamado universal, se utiliza en sierras eléctricas, taladros, utensilios de cocina, ventiladores, sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se requiere gran velo velocidad cidad de giro con cargas débiles o fuerzas resistentes pequeñas. Estos motores para corriente alterna y directa, incluyendo los universales, se distinguen por su conmutador devanado y las escobillas. Los componentes de este motor son: Los campos (estator), la masa (rotor), las escobillas (los excitadores) y las tapas (las cubiertas laterales del motor). El circuito eléctrico es muy simple, tiene solamente una vía para el paso de la corriente, porque el circuito está conectado en serie. Su potencial es mayor por tener mayor flexibilidad en vencer la inercia cuando está en reposo, o sea, tiene un par de arranque excelente, pero tiene una dificultad, y es que no está construido para su uso continuo o permanente (durante largos períodos de tiempo). asíncronos El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, B. Motores asíncronos: que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado; y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de 120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnétic magnético o variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:
Entonces se da el efecto Laplace (o efecto mo motor): tor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza fu electromotriz de inducción.. La diferencia entre las velocidades del rotor y del campo magnético se denomina deslizamiento.
Clasificación de Motores de Corriente alterna (A.C) C. Motores síncronos: De acuerdo con estos principios, se puede utilizar un alternador como motor en determinadas circunstancias, aunque si se excita el campo con c-c y se alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con c-a, la máquina no arrancará. El campo alrededor de la bobina del rotor es alterno en polaridad magnética pero durante un semiperiodo del ciclo completo, intentará moverse en una dirección y durante el siguiente semiperiodo en la dirección opuesta. El resultado es que la máquina permanece parada. La máquina solamente se calentará y posiblemente se quemará.
Para generar el campo magnético del rotor, se suministra una CC al devanado del campo; esto se realiza frecuentemente por medio de una excitatriz, la cual consta de un pequeño generador de CC impulsado por el motor, conectado mecánicamente a él. Se mencionó anteriormente que para obtener un par constante en un motor eléctrico, es necesario mantener los campos magnéticos del rotor y del estator constante el uno con relación al otro. Esto significa que el campo que rota electromagnéticamente en el estator y el campo que rota mecánicamente en el rotor se deben alinear todo el tiempo. D. Motores de jaula de ardilla: La mayor parte de los motores que funcionan con ca de una sola fase tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho más compactos y tienen un núcleo de hierro laminado. Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla son de cobre y van soldados a las piezas terminales de metal. Cada conductor forma una espira con el conductor opuesto conectado por las dos piezas circulares de los extremos. Cuando este rotor está entre dos polos de campos electromagnéticos que han sido magnetizados por una corriente alterna, se induce una fem en las espiras de la jaula de ardilla, una corriente muy grande las recorre y se produce un fuerte campo que contrarresta al que ha producido la corriente (ley de Lenz). Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos estacionarios, no hay razón para que se mueva en una dirección u otra y así permanece parado. Es similar al motor síncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que se necesita es un campo rotatorio en lugar de un campo alterno. Un motor de fase partida utiliza polos de campo adicionales que están alimentados por corrientes en distinta fase, lo que permite a los dos juegos de polos tener máximos de corriente y de campos magnéticos con muy poca diferencia de tiempo.
Características eléctricas de Motores (A.C) Los parámetros característicos de operación de un motor A.C designan sus características, es importante determinarlas, ya que con ellas conoceremos los parámetros determinantes para la operación del motor. Las principales características de los motores de C.A. son: Potencia: Es la rapidez con la que se realiza un trabajo. En física la Potencia = Trabajo/tiempo, la unidad del Sistema Internacional para la potencia es el joule por segundo, y se denomina watt (W). Sin embargo estas unidades tienen el inconveniente de ser demasiado pequeñas para propósitos industriales. Por lo tanto, se usan el kilowatt (kW) y el caballo de fuerza (HP) que se definen como: 1 kW = 1000 W 1 HP = 747 W = 0.746 kW 1kW = 1.34 HP Voltaje: También llamada tensión eléctrica o diferencia de potencial, existe entre dos puntos, y es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva de un punto a otro: E = [VA -VB] Dónde: E = Voltaje o Tensión VA = Potencial del punto A VB = Potencial del punto B La diferencia de tensión es importante en la operación de un motor, ya que de esto dependerá la obtención de un mejor aprovechamiento de la operación. Los voltajes empleados más comúnmente son: 127V, 220V, 380V, 440V, 2300V y 6000V. Corriente: La corriente eléctrica [I], es la rapidez del flujo de carga [Q] que pasa por un punto dado [P] en un conductor eléctrico en un tiempo [t] determinado.
Cuadro comparativo
Estructura
Mecánica
Uso
Ventaja
Motores AC
Motores DC
un motor DC, el rotor recibe una corriente continua y un conmutador invierte la corriente cuando el rotor gira en un campo estacionario magnético creado por un imán permanente en el estator
Un motor de AC, el rotor recibe una corriente inducida alterna y el estator es un campo magnético inducido.
Los motores de corriente alterna tienen un diseño más simple, pero funcionan a velocidades fijas y no pueden operar a bajas velocidades. Los motores de corriente alterna son más baratos de fabricar y son compatibles con la mayoría de los aparatos modernos que cuentan con una fuente de energía de CA.
Los motores de corriente continua es que puedes ajustar la velocidad simplemente mediante el aumento de la tensión.
Es más barato el de AC
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AC Requiere menos mantenimiento porque carece de escobillas
Los motores de corriente continua se pueden utilizar tanto para aplicaciones de baja potencia y de alta potencia. son más controlar
fáciles
de
-se aceleran si la tensión de entrada es mayor
- AC Lo puedes arrancar al la - se vuelven más lentos si línea si no requieres la tensión se reduce velocidad variable. -Mantenimiento caro y - sufren desgastes mas laborioso rápido q los ac
Desventajas
-Incapacidad de funcionar a -son menos indicados en velocidades bajas. aplicaciones q requieran alta fuerza -Los imanes de motores ac tienen limitaciones en cuanto -el mantenimiento es mas a la potencia del motor, por complicado con respecto el imán al ac