Proyecto electrotecnia y electromecánica Construcción de un motor de corriente continua
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Integrantes: Felipe Berrios Bairon Soto
Profesor: Carlos Baier
Introducción El objetivo de este informe, es mostrar los procedimientos realizados en la fabricación de un motor DC (corriente continua). Un motor consta de ciertas partes importantes, como: estator, rotor, colector y carcasa. El funcionamiento se basa principalmente en la interacción de los campos magnéticos, generando pares de fuerzas; las que podemos comprender en base a la regla de la mano derecha. Existen varios tipos de motores eléctricos, en serie, en paralelo, shunt, etc. La elección del tipo de motor eléctrico depende de las aplicaciones o de las fuerzas a las que va a ser sometido, también depende de la alimentación, ya sea corriente alterna o continua, en dicho caso el motor trabajara y tendrá propiedades diferentes para cada una.
Teoría Antes de empezar la construcción de este motor es necesario analizar las teorías que giran en torno al funcionamiento de este. Las principales son: Segunda ley de Lorentz: Según esta ley, un conductor por el que pasa una corriente eléctrica que causa un campo magnético a su alrededor tiende a ser expulsado si se le quiere introducir en otro campo magnético, así que las fuerzas magnéticas quedan rechazadas por las bobinas del motor haciendo que el rotor del motor gire .
Dicha explicación viene dada por la siguiente ecuación:
Donde F=fuerza (N) i=intensidad de corriente (A) l=Longitud (m) B=Campo magnético (T)
Torque de una fuerza: El torque es la unidad que permite cuantificar la tendencia a girar de un cuerpo. Se define en función de una fuerza aplicada y el radio respecto al eje de giro.
Dónde: T=torque r=distancia de radio F=Fuerza ejercida al cuerpo Par en una espira: Una espira por la que circula corriente eléctrica sometida a un campo magnético provoca un par que tiende a orientarla en una posición de mínima energía.
La fuerza sobre cada elemento de la espira sometido al campo magnético provoca un par de fuerzas en direcciones diferentes y un torque en el mismo sentido. La amplitud del torque total depende de la posición angular de normal del plano de la espira respecto al campo. Siguiendo lo dicho anteriormente este esquema muestra como se comportaría las bobinas que las atraviesa un acampo magnético por las cuales circulan corriente.
En la figura se muestran 3 casos en las posiciones que se ubicaría nuestro embobinado (90°,45° y 0° respectivamente), para que no ocurra que se quede la bonina arriba en 0° es necesario ubicar otra bonina perpendicular a la que ya estaba para que la segunda tenga también una fuerza par como la anterior. Al alimentar el inducido, el flujo de corriente crea un campo magnético, que actúa con el campo magnético generado en el estator. Esto produce un par de fuerzas que generan una rotación en el inducido. Su velocidad de rotación no depende de la frecuencia de la red, por lo que es posible adaptar esta misma al tipo de aplicación.
Partes del motor Nuestro motor esta estructurado de la siguiente manera:
Colector : Es el conjunto de láminas de cobres, posicionadas alrededor del eje. Tienen la finalidad de conectar las bobinas del inducido (rotor) con las escobillas (o carbones), permitiendo el paso de corriente. Escobillas: Son las piezas que tienen contacto con las delgas del colector. Mediante el contacto se transfiere la trasfiere la tensión desde la fuente.
Estator: Es la parte donde se crea un campo magnético fijo, debido a las fuentes de tensión independientes. En este caso el estator estará compuesto por dos magnetrones, o más bien conocidos como imanes de microondas Rotor: Es el componente rotatorio del motor. Gracias al bobinado del rotor se crea, en conjunto con el estator, el par de fuerzas que permiten la rotación de este componente.
Procedimiento de armado del motor En primer lugar los materiales que ocupamos para nuestro motor fueron los siguientes:
Acero al silicio: para la estructura del rotor
Madera: para la estructura alrededor del motor
Polímero industrial: colector
Láminas de cobre: delgas del colector
Magnetrones: Estator
Alambre de cobre de 0.5 mm: embobinado del rotor
Se comenzó por construir el rotor, en un principio se quería hacer de madera, por su bajo costo y facilidad de obtención, pero gracias al aporte del ayudante Hugo González el cual nos indicó que este era un material que aislaba el campo magnético, mejor decidimos hacerlo con acero al silicio. Comenzamos por ver las dimensiones de nuestro rotor y llegamos a la conclusión que debería ser liviano y no tan grande para que pueda girar con mayor facilidad.
Fig.1 Dimensiones del rotor
Cabe destacar que la estructura mostrada en la figura anterior es simétrica, por lo que los 6 cm que se indican son tanto para la sección vertical, como la horizontal.
Fig 2. Laminas usadas en el rotor y soldadura al nucleo
Se hicieron 8 de esas láminas, las cuales fueron soldadas al eje (de metal ferro-magnético reciclado sin alguna especificación conocida) con una separación de aproximadamente 0.5 cm, el resultado fue el siguiente.
Fig 3. Núcleo del rotor (Hierro-Silicio)
La cinta que se ve alrededor es una cinta aislante muy delgada, que la pusimos para que el cobre no tuviera roce con el acero ya que se podría desgastar el esmalte y así se produciría corte entre los cables.
Posteriormente se procedió a soldar en el costado del rotor una pequeña lamian de acero de mayor dimensión que el mismo rotor, esto para que al momento de embobinar no se nos escapara el alambre y así se mantuviera dentro de donde nosotros queremos.
Posterior a eso se procedió a embobinar con alambre de cobre de 0.5 mm, fueron 4 bobinas con 300 vueltas cada una, el resultado fue el siguiente.
Fig 4. Primeros tres embobinados (de 4) en 90 °
En la imagen anterior se muestran solo tres bobinas de las 4, ya que al momento de que se empezó a enrollar al cuarta bobina se salio uno de los soportes y después se olvidó hacer una captura al rotor completo.
Posterior a eso se procedió hacer el colector, se hizo de polímero industrial de aproximadamente 4 mm de diámetro y 2 mm de largo.
Fig 5. colector
A este colector se le añadieron 4 láminas de cobre separadas por un pequeño gap. Esta separación es común en los motores DC, en caso contrario se colocarían cables horizontales alrededor del colector y sería un motor de corriente alterna (AC).
El colector y las láminas fueron pegados con acero líquido, el cual es un pegamento muy potente que tiene propiedades resistentes al calor.
Ya teniendo todo el rotor armado con los cables soldados a las delgas del colector, se procedió a instalarlo en la estructura de madera, quedando de la siguiente manera.
Fig 6. Estructura y rotor terminados
Con el motor casi armado solo queda ubicar nuestro estator, el cual está compuesto por dos magnetrones (imanes de microonda) pegados a la estructura de madera con acero líquido. Los imanes fueron pegados unos por cada lado con una separación de aproximadamente 1,5 cm del motor.
Fig 7. magnetrones
Con esto ya estaría finalizado nuestro motor de corriente continua.
Aclaraciones
Este motor funciona a la perfección con una potencia alta, el caso es que ocupamos una fuente de poder de un automóvil, el cual puede entregar desde 45 A, en comparación con una fuente de poder ATX (fuente de computadora) que entrega a lo más 2 A, es posible que no tenga la misma velocidad o potencia que con la fuente mencionada al principio. Por lo tanto para la presentación del proyecto se intentara llevar la misa fuente que fue ocupada en los ensayos previos a la presentación, de lo contrario se enseñara el video que demuestra el óptimo funcionamiento de nuestro motor.
Conclusión La eficiencia del motor casero no es tan alta en comparación a otros tipos de motores que existen hoy en día, ya que necesita un gran consumo de corriente, para que pueda tener una potencia mecánica razonable, Pese a eso igual es común ver estos motores en partes de la industria. En la construcción del motor se necesitaba saber detalladamente la cantidad de vueltas del bobinado del rotor y de los electroimanes del estator, y el conexionado en el colector para que funcione correctamente.
