Motores de Cc

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ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA MÁQUINAS ELÉCTRICAS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA SEBASTIÁN ARROYO CAROLINA MARCILLO FRANKLIN BOADA GABRIEL GARZÓN

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TEMA: MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA OBJETIVOS:  

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Estudiar los principios de funcionamiento básicos de los motores de corriente continua Conocer más profundamente sobre los tipos de motores de corriente continua, sus aplicaciones y características principales Estudiar sobre los arrancadores para motores de este tipo y sistemas Ward-Leonard y controladores de velocidad eléctricos.

INTRODUCCIÓN: Los motores Los motores eléctricos de corriente continua son el tema de base que se amplía en el siguiente trabajo, siguiente trabajo, definiéndose 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 velocidad, la la caja de bornes y otros o tros más. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización y automatización de procesos. de procesos. Pero Pero con la llegada de la electrónica 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 a precios más accesibles para el consumidor el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro (máquinas, micro motores, etc.)

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA: Un motor Un motor eléctrico de Corriente Continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios de medios electromagnético. El motor de corriente continua se trata de una máquina, la cual convierte la energía eléctrica en mecánica a través de un movimiento rotativo. Éste tipo de máquinas de corriente continua son muy utilizadas en los sectores industriales gracias a su facilidad de control de posición, que junto con su velocidad han hecho de esta máquina en una de las mejores en cuanto a aplicaciones de control así como de automatización de procesos, aunque con la llegada de la electrónica se han dejado de usar ya que los motores de corriente alterna de tipo asíncrono se controlan de forma muy similar con la ventaja de que tienen unos precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. Estas

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

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condiciones han hecho que los motores de corriente continua hayan caído en desuso, pero todavía son usados en lo que respecta a las aplicaciones de tranvías o de trenes.

Sin lugar a dudas la característica más notable es la posibilidad reguladora de velocidad desde el vacío a plena carga que éstos poseen. Las máquinas de corriente continua, llamadas también generadores o motores, están formadas por dos partes: en primer lugar la constituye un estator que se encarga de dar soporte mecánico al aparato y posee un hueco en el centro, que la mayoría de las veces tiene forma cilíndrica y en el que se encuentran los polos, que pueden estar descanados en la periferia del estator o en forma de saliente. Y en segundo lugar el rotor, quien generalmente también posee forma cilíndrica y también devanado. En lo que hace referencia a su funcionamiento, cabe decir que se apoya en la Segunda Ley de Lorenzt, que trata de un conductor mediante el cual pasa una corriente eléctrica que hace posible la formación de un campo magnético a su alrededor, que tiende a ser de una manera u otra, expulsado en el caso de que se quiera introducir dentro de otro campo magnético.

CIRCUITO EQUIVALENTE: El circuito equivalente del motor C.C., mostrado en la figura, se divide en dos partes: El circuito de excitación (izquierda) que genera el campo magnético inmóvil al que se expone el rotor; y el circuito motriz (derecha) en el que se representa al rotor (o armadura) como una fuente de tensión Ea . La interacción entre ambos circuitos queda descrita por las siguientes ecuaciones:

donde Ea es el voltaje de armadura, G es un parámetro de la máquina llamado inductancia rotacional, ωres la velocidad de giro del rotor y T es el torque generado. Finalmente I c e Ia son las corrientes de excitación y de armadura, respectivamente. Al ser Ra relativamente pequeña, se puede ver que la velocidad de giro depende fuertemente del voltaje de armadura Ea y de la corriente de excitación I c. Sin embrago, para este trabajo se utilizan motores de imanes permanentes, por lo que el término I c se considera constante. El torque generado es directamente proporcional a la corriente de armadura, mientras que la presencia de R a imposibilita un control directo y preciso de velocidad a través del voltaje aplicado a la armadura a pesar de su fuerte dependencia.


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA: El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos

norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor. Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.

Función del colector o conmutador en el motor de CD

En la siguiente figura se representa, de forma esquemática y simplificada, la vista frontal de un colector seccionado en dos partes, perteneciente a un motor de corriente directa (C.D.) muy simple. También se muestra el enrollado de la bobina del electroimán que gira a modo de rotor, diferenciada por un color diferente en cada una de sus mitades. Una de las mitades se representa por un círculo rojo y la otra por un círculo azul, identificados como “1” y “2”. Como se puede ver, uno de los terminales de dicha bobina se encuentra conectado a la sección “a” del colector y el otro terminal a la sección “b”.

En el motor de corriente directa el colector o conmutador sirve para conmutar o cambiar constantemente el sentido de circulación de la corriente eléctrica a través del enrollado de la bobina del rotor cada vez que completa media vuelta. De esa forma el polo norte del electroimán coincidirá siempre con el también polo. norte del imán permanente y el polo sur con el polo sur del propio imán. Al coincidir siempre dos polos magnéticos, que en todo momento van a ser iguales, se produce un rechazo constante entre ambos, lo que permite al rotor mantenerse girando ininterrumpidamente sobre su eje durante todo el tiempo que se encuentre conectado a la corriente eléctrica. Tal como vemos, en “A” de la figura, la bobina del electroimán se encuentra colocada entre los polos norte “N” y sur “S” del campo magnético del imán permanente. A su vez, el polo positivo (+) de la batería se encuentra conectado siguiendo el sentido convencional de la corriente (del signo positivo al negativo) en la mitad “a” del colector a través de la escobilla identificada también con el signo (+). De


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esa forma la mitad de la bobina de color rojo (1) se energiza positivamente para formar el polo norte “N”, mientras que la otra mitad, la de color azul (2) se energiza negativamente para formar el polo sur “S”. Como resultado, cuando en el electroimán se forma el polo norte, de inmediato el también polo norte del imán permanente lo rechaza. Al mismo tiempo el polo sur que se forma en el extremo opuesto, es rechazado igualmente por el polo sur del propio imán; por tanto se produce una fuerza de repulsión en ambos extremos del rotor al enfrentarse y coincidir con dos polos iguales en el imán permanente. Si bajo esas condiciones aplicamos la “Regla de la mano izquierda” y tomamos como referencia, por ejemplo, la parte de la bobina donde se ha formado el polo norte en el electroimán, comprobaremos que al romper la inercia inicial, comenzará a girar en dirección contraria a las manecillas del reloj, como indica la flecha de color verde. Una vez que la bobina del electroimán gira y asume una posición vertical (como se muestra en la parte “B” de la ilustración), las escobillas dejan de hacer contacto con ambos segmentos del colector. En esa posición neutra la corriente que suministra la batería deja de circular y la bobina se desenergiza, por lo que ambos extremos del electroimán pierden momentáneamente sus polos magnéticos. No obstante, debido a la fuerza de inercia o impulso de giro que mantiene el electroimán, esa posición la rebasa de inmediato y sus extremos pasan a ocupar la posición opuesta a la que tenían, tal como se muestra en la parte “C” de la misma ilustración. Ahora en “C” se puede ver que la mitad de la bobina que anteriormente tenía color azul (2) con polaridad sur cuando se encontraba situada a la derecha del eje del rotor pasa a ocupar la parte izquierda junto con la mitad (b) del colector al que se encuentra conectada. Esa parte de la bobina que ha girado, al ocupar ahora la posición opuesta, se convierte en el polo norte (2) del electroimán por lo que es rechazado de nuevo por el polo norte del imán permanente, que como ya se explicó se encuentra fijo al cuerpo del motor. Seguidamente el electroimán, al continuar girando y dar otra media vuelta, pasa de nuevo por la zona neutra (como en “B”) repitiéndose de nuevo el mismo ciclo. Esos cambios continuos en los polos del electroimán del rotor que proporciona el colector, son los que permiten que se mantenga girando de forma ininterrumpida mientras se mantenga energizado. En resumen, la función del colector es permitir el cambio constante de polaridad de la corriente en la bobina del electroimán del rotor para que sus polos cambien constantemente. Este cambio ocurre cada vez que el electroimán gira media vuelta y pasa por la zona neutra, momento en que sus polos cambian para que se pueda mantener el rechazo que proporciona el imán permanente. Esto permitirá que el electroimán del rotor se mantenga girando constantemente durante todo el tiempo que la batería o fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) se mantenga conectada al circuito del motor, suministrándole corriente eléctrica. En esta otra ilustración se muestra, de forma esquemática y simplificada, un motor común de corriente directa (C.D.) con un rotor formado por una simple bobina de una sola espira de color rojo y azul, para diferenciar cada mitad. Si seguimos el recorrido de la corriente eléctrica (I) asumiendo que fluye en el sentido convencional (del polo positivo "+" al polo negativo " –" de la batería, según indican las flechas negras), cuando en la mitad izquierda de la espira de color rojo se forma el polo norte “N” coincidiendo con la misma polaridad del campo magnético del imán permanente fijo al cuerpo del motor, se produce una fuerza de rechazo entre ambos polos iguales. Si aplicamos la “Regla de la mano izquierda” se

puede determinar que esa mitad de la espira se moverá


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hacia abajo (flecha verde izquierda). Por otra parte, en la mitad derecha (de color azul) ocurrirá lo mismo, pero a la inversa, por lo que aplicando la propia regla comprobaremos que se moverá hacia arriba (flecha verde derecha). La combinación de esas dos fuerzas o vectores actuando de forma opuesta y al unísono (de acuerdo con la Fuerza de Lorentz), provocará que el electroimán del rotor, formado aquí por esa simple espira, comience a girar en torno a su eje imaginario (representado por una línea de puntos en la figura) en dirección contraria a las manecillas de reloj en este ejemplo. Ese movimiento de rotación se encuentra señalado por la flecha negra en forma de semicírculo, que se encuentra dibujada al fondo de la espira.

TIPOS DE 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 de excitación independiente – Motor en serie – Motor en derivación o motor Shunt – Motor Compound

MOTOR DE EXCITACIÓN INDEPENDIENTE Los motores de excitación independiente tienen como aplicaciones industriales el torneado y taladrado de materiales, extrusión de materiales plásticos y goma, ventilación de horno, retroceso rápido en vacío de ganchos de grúas, desenrollado de bobinas y retroceso de útiles para serrar. El motor de excitación independiente es el más adecuado para cualquier tipo de regulación, por la independencia entre el control por el inductor y el control por el inducido, es decir, el inductor y el inducido, se alimentan de dos fuentes de energía independiente. El sistema de excitación más fácil de entender es el que supone una fuente exterior de alimentación para el arrollamiento inductor. Sus partes son: 



Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas. Escobillas: Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido.

Al girar el rotor, las escobillas van rozando con las delgas, conectando la bobina de inducido correspondiente a cada par de delgas con el circuito exterior. El esquema del motor de excitación independiente serie como el siguiente, en el que se diferencian dos circuitos eléctricos independientes, el de excitación o inductor y el inducido, por lo que podemos establecer según la ley de Kirchoff, dos ecuaciones eléctricas.


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MOTOR EN DERIVACION O SHUNT Un motor DC en derivación es aquel cuyo circuito de campo se obtiene de su potencia directamente de las terminales del inducido del motor. Se supone que el voltaje de alimentación al motor es constante. Una característica de las terminales de una maquina es una grafica de las cantidades de salida son el par al eje y la velocidad; por tanto, su característica de los terminales es una grafica del par contra la velocidad en su salida dispone los devanados inductor e inducido en paralelo. Es importante tener en cuenta que, para una variación lineal de la velocidad del motor con respecto al par, los otros terminales de esta expresión deben permanecer constantes cuando cambia la carga. Se supone que el voltaje en las terminales, suministrado por la fuente de potencia DC, es constante. Las variaciones de voltaje afectaran la forma de curva par-velocidad. Si un motor tiene devanados de compensación, es claro que no se presentaran los problemas de debilitamiento del flujo de la maquina, y esta será constante. Si un motor DC en derivación tiene devanados de compensación tal que su flujo es constante, independientemente de la carga, y se conocen la velocidad y la corriente del inducido del motor para cualquier otro valor de esta, mientras que se conozca o pueda determinarse la corriente del inducido Las características de este motor son: 1. En el arranque, par motor es menor que en el motor serie. 2. Si la Intensidad de corriente absorbida disminuye y el motor está en vacío. La velocidad de giro nominal apenas varía. Es más estable que la serie. 3. Cuando el par motor aumenta, la velocidad de giro apenas disminuye. Las aplicaciones del motor son las siguientes:


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Se usan en aquellos casos en los que no se requiera un par elevado a pequeñas velocidades y no produzcan grandes cargas. Si la carga desaparece (funcionamiento en vacío), el motor varía apenas su velocidad. Conclusión: Se emplea para máquinas herramientas, por ejemplo, un taladro

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. 

Motores de Imán Permanente El motor de imanes permanentes es un desarrollo innovador dentro de la tecnología de motores sincrónicos que combina la alta precisión de este tipo de motor con el diseño simple y robusto de un motor de inducción asincrónico jaula de ardilla. Es capaz de entregar un muy alto torque desde un pequeño tamaño de motor a baja velocidad, eliminando la necesidad de cajas de reducción. El motor de imanes permanentes requiere el suministro de un convertidor de frecuencia, que han sido especialmente modificados para operar con este tipo de motores.

El motor de imanes permanentes de baja tensión es un nuevo tipo de motor sincrónico para aplicaciones de baja velocidad, diseñado para ser empleado con accionamientos de velocidad variable. Mecánicamente, el tipo de motor es similar a los tradicionales de inducción jaula de ardilla e incluso su apariencia exterior es la misma, sin embargo, en términos de performance, puede entregar los mismos resultados que los de un motor sincrónico.


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¿Cómo está diseñado y construido un motor de imanes permanentes? Tradicionalmente, el motor sincrónico es de una construcción más compleja que la del motor de inducción estándar. Con el nuevo tipo de motor, el diseño se ha simplificado mediante el uso de potentes imanes permanentes para crear un flujo constante en el entrehierro, eliminando así la necesidad del rotor bobinado y escobillas utilizadas normalmente para la excitación en los motores sincrónicos. Esto permite obtener el rendimiento de un motor sincrónico, combinado con el diseño robusto y simple de un motor de inducción estándar. El motor de imanes permanentes debe ser energizado directamente en el estator por medio de un accionamiento de velocidad variable.

¿Cuáles son los beneficios del uso de motores de imanes permanentes? Los motores de inducción estándar no se adaptan especialmente bien a operaciones de baja velocidad, pues su eficiencia cae con la reducción de velocidad y sólo están disponibles normalmente hasta 12 polos, limitándolos en los rangos de baja velocidad (esto normalmente se puede superar mediante una caja de reducción). La nueva solución de motor de imanes permanentes proporciona un alto torque acoplado directamente con la carga a bajas velocidades. Al eliminar la caja de reducción, el usuario ahorra espacio, costos de instalación, elimina un punto de falla y, lo más importante, mejora la eficiencia y disminuye el mantenimiento del accionamiento. La combinación de un menor número de componentes y sencilla configuración reduce los costos por hora de ingeniería, facilita la instalación, permite un uso más eficiente del espacio y reduce los inventarios de repuesto. Es importante destacar que en accionamientos de velocidad variable, esta solución mejora la unidad de control, pues permite que el convertidor funcione sin la necesidad de un encoder debido a que los motores sincrónicos operan sólo a la velocidad determinada por la frecuencia de alimentación. La precisión es tan buena como la de un motor de inducción con un dispositivo de retroalimentación. Esto significa que el encoder puede ser eliminado, reduciendo aún más la necesidad de mantenimiento.

¿Cuáles son las aplicaciones adecuadas? El motor de imanes permanentes sincrónico es ideal para accionamientos de máquinas de papel, eliminando la necesidad de cajas de reducción y encoder. En una reciente instalación, 29 de estos motores fueron utilizados, contribuyendo a mejorar la confiabilidad y la precisión de control de la unidad del sistema. Sin embargo, los motores de imanes permanentes pueden ser utilizados en cualquier aplicación, cuando normalmente se emplean motores de jaula de ardilla con una caja de reducción.


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¿Cuáles son las características especiales del motor de imán permanente? El motor de imanes permanentes está diseñado exclusivamente para el suministro de un convertidor de frecuencia no pudiendo ser utilizado para partidas directas. Por otra parte, la tensión se ve afectada por la velocidad del motor, debido al constante flujo de los imanes permanentes. Por esta razón, el exceso de velocidad se limita al 20%. Una mayor velocidad aumenta la tensión, lo que podría poner en peligro el aislamiento de los motores. El catálogo de datos sólo es aplicable con la tensión de red especificada, por ejemplo, los datos a 400 V no son válidos para redes de 380 V o 415 V. Los motores pueden ser utilizados en diversos niveles de voltaje, pero la velocidad y la potencia pueden variar. Normalmente el torque máximo de un motor de imanes permanentes es menor al de un motor asincrónico normal. En la práctica, esto significa que estos motores tienen un tiempo muy limitado de capacidad de sobrecarga. Un fuerte flujo magnético siempre está presente en el motor aunque el estator no esté energizado. Si el eje es girado se generarán tensiones en los terminales del motor. Debido al hecho de que el rotor se encuentra magnetizado, el motor no puede eliminarse tan fácilmente como un motor de inducción. Sin embargo, herramientas se encuentran disponibles en caso de que sea necesario. Mantenimiento rutinario, por ejemplo con la sustitución, puede ser llevado a cabo por el motor de apertura del mismo modo que un motor de jaula de ardilla estándar.

¿Cualquier convertidor de frecuencia puede controlar un motor de imán permanente? Los motores de imanes permanentes sólo pueden ser controlados con una unidad de velocidad variable que cuenten con el software de control del motor síncrono desarrollado específicamente para el control de flujo de imán permanente.


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¿Cuál es el rango del motor? La velocidad y potencia de un motor de imanes permanentes son los siguientes: • 0-220 r/min, 17-1120 kW a 220 r/min • 0-300 r/min, 25-1600 kW a 300 r/min • 0-430 r/min, 38-2240 kW a 430 r/min • 0-600 r/min, 57-2500 kW a 600 r/min

Los valores de potencia y tensión informados son para redes de 400 V/690 V.


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Motor de excitación en serie.

La conexión del devanado de excitación se realiza en serie con el devanado del inducido, como se puede observar en el dibujo. El devanado de excitación llevará pocas espiras y serán de una gran sección. La corriente de excitación es igual a la corriente del inducido. Los motores de excitación en serie se usan para situaciones en los que se necesita un gran par de arranque como es el caso de tranvías, trenes, etc. La velocidad es regulada con un reostato regulable en paralelo con el devanado de excitación. La velocidad disminuye cuando aumenta la intensidad.

Gráficas de velocidad, par y par-velocidad en un motor con excitación en serie.

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 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 contraelectromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida.


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MOTOR COMPOUND: Un motor compound (omotor 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.

Presentan características intermedias entre el motor serie y shunt, mejorando la precisión y estabilidad de marcha del serie y el par de arranque del shunt y no corre el riesgo de embalarse al perder la carga.

Imagen 32. elaboración propia


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Características 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 enserie con la armadura y lleva la corriente de armadura. 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 compoundson algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante paraun rango de velocidades amplio. El motor compound es un motor de excitación o campo independiente con propiedades de motor serie. El motor da un par constante por medio del campo independiente al que se suma el campo serie con un valor de carga igual que el del inducido. Cuantos más amperios pasan por el inducido más campo serie se origina claro está siempre sin pasar del consumo nominal

ARRANQUE DE LOS MOTORES DE C.C. El arranque de un motor es el instante en que conecta a la red. En ese momento, el par motor debe ser mayor que el par resistente que opone la carga. En el instante del arranque, al estar parado el motor su velocidad es nula, por lo que la fuerza contra electromotriz que es proporcional a la velocidad también es nula. Esto provoca que toda la tensión de alimentación cae en el devanado del inducido, por lo que en el instante del arranque la intensidad que recorre el motor es muy elevada, pudiendo alcanzar valores de hasta diez veces la intensidad nominal en régimen de funcionamiento estable y más aún para motores de gran potencia, que es cuando el motor ha alcanzado una velocidad que se mantiene constante, ya que el par motor y el par resistente de la carga están equilibrados.

La intensidad que recorre el inducido tiene por expresión: Como en el arranque E=0, ya que ω=0, la expresión anterior resulta:

Por lo que para limitar la corriente de arranque a valores compatibles con los requerimientos del trabajo, y que no provoque efectos perjudiciales para los devanados se introduce una resistencia en serie con el inducido, que consistirá en un reóstato de arranque de varios escalones, que en el momento del arranque estará totalmente introducido y que durante el proceso de cebado del motor


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hasta alcanzar el régimen nominal se va extrayendo, bien manualmente, o bien automáticamente mediante dispositivos electrónicos, el número de saltos o “plots” que presente el reóstato de

arranque dependerá de la suavidad que precise el arranque y de la potencia del motor. Arranque de motores de corriente continúa por reóstatos Los reóstatos se conectan en serie con el inducido, de manera de producir una caída que disminuya la tensión efectivamente aplicada sobre el mismo. En el caso del motor derivación, se deduce que conservando constantes el flujo y la tensión total, la pendiente de la característica velocidad / par es proporcional a la resistencia del circuito de inducido. Aumentando esta resistencia, la característica cortará al eje de velocidad cero en un punto de menor par (y corriente) de arranque. Por su parte en el caso del motor serie el efecto de la resistencia adicional es semejante, obteniéndose un determinado par de arranque con una sobre corriente menor que en el motor derivación, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de tracción.

Arranque de motores de corriente continúa por dispositivos electrónicos En estos arrancadores el equipo electrónico, generalmente de tiristores, recibe un suministro de corriente alterna monofásica o trifásica y lo convierte en un suministro de tensión continua variable, que permiten el arranque con aplicación progresiva de tensión, con la consiguiente limitación de corriente y par de arranque. Finalmente digamos que muchas veces el criterio de selección entre el uso de los distintos sistemas de arranque pasa fundamentalmente por una consideración de tipo técnico-económica.

SISTEMA WARD – LEONARD Y CONTROLADORES DE VELOCIDAD ELECTRICOS El sistema Ward-Leonard es utilizado para la variación de velocidad en motores de corriente continua de excitación independiente. Consiste en un motor asíncrono trifásico que lleva acoplado mecánicamente un generador de c.c. de excitación separada cuyo ajuste permite obtener diferentes tensiones de salida en escobillas. El generador alimenta posteriormente el inducido de un motor de c.c. con excitación independiente. Mediante conmutadores de inversión en el circuito del inducido es posible abrir e invertir las conexiones de línea al inducido del motor, parando e invirtiendo de esta forma el sentido de rotación. Sin duda, el coste inicial del sistema de control Ward – Leonard es mucho más elevado que uno de los métodos de control reostaticos considerados previamente. Puesto que el rendimiento, despreciando el de la excitatriz, es esencialmente el producto de los rendimientos individuales de las dos máquinas mayores, el rendimiento de este método no es tan elevado como el de control de la velocidad por reóstato mediante el método de control de campo.


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a) Sistema Ward-Leonard amplificado

b) Sistema Ward-Leonard de dos excitatrices

Sus ventajas son:     

Una amplia gama de velocidades desde el reposo a altas velocidades en cualquier sentido. Inversión rápida e instantánea sin corrientes de inducido excesivamente elevadas. Arranque sin necesidad de resistencias de inducido en serie. Control continuo desde el reposo a la velocidad máxima en cualquier sentido. Optima regulación de la velocidad para cualquier valor de la misma.

CALCULOS DE LA EFICIENCIA DEL MOTOR DE CC Para calcular la eficiencia de un motor de corriente continua, se deben determinar las siguientes pérdidas:     

Sus pérdidas en el cobre Sus pérdidas por caída en las escobillas Sus pérdidas mecánicas Sus pérdidas en el núcleo Sus pérdidas rotacionales.

Pérdidas en el cobre: son las pérdidas I2R en los circuitos de armadura y campo del motor. Estas pérdidas pueden encontrarse conociendo las corrientes en la máquina y las dos resistencias. Para determinar la resistencia del circuito de armadura de una máquina, bloque su rotor para que no pueda girar y aplique un voltaje de corriente continuo pequeño a los terminales de armadura. Ajuste el voltaje hasta que la corriente de armadura sea igual a la corriente nominal de la máquina. La relación de voltaje aplicado a la corriente circulante en la armadura es RA . La razón para que cuando se realiza esta prueba la corriente sea aproximadamente igual al valor de plena carga, es que RA varía con la temperatura y al valor de corriente de plena carga, los devanados de la armadura están cerca de su temperatura normal de operación. La resistencia obtenida no es completamente precisa, porque: No está presente el enfriamiento que ocurre normalmente cuando el motor está girando.


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La resistencia de campo puede determinarse suministrando el voltaje nominal de pleno campo a su circuito de campo y midiendo la corriente de campo resultante. La resistencia de campo RA es justamente la relación del voltaje de campo a la corriente de campo. Pérdidas por caída en las escobillas: son cargadas a menudo junto con las pérdidas en el cobre. Si se tratan separadamente, pueden determinarse de una gráfica de potencial de contacto versus corriente, para el tipo particular de escobillas que se estén usando. Las pérdidas por caída en las escobillas son justo el producto del voltaje de caída en las escobillas VBD por la corriente de armadura IA. Pérdidas en el núcleo y mecánicas: usualmente se determinan juntas. Si se lleva un motor a girar libre sin carga y a la velocidad nominal, no hay potencia de salida desde la máquina. Puesto que el motor está sin carga, IA es muy pequeña y las pérdidas en el cobre de la armadura son despreciables. Por lo cual, si las pérdidas en el cobre del campo se restan de la potencia de entrada al motor, la potencia de entrada restante consta de las pérdidas mecánicas y en el núcleo de la máquina a esa velocidad. Estas pérdidas del motor se denominan pérdidas rotacionales sin carga. En la medida que la velocidad del motor permanezca cercana a la cual fueron medidas las pérdidas rotacionales sin carga son una buena estimación de las pérdidas mecánicas y en el núcleo de la máquina bajo carga.

SENTIDO DE GIRO El sentido de giro de un motor cc depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido. La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido. Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido. Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina, y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la fuerza magnetomotriz. El sentido de giro lo podemos determinar con la regla de la mano derecha, la cual nos va a mostrar el sentido de la fuerza. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el pulgar nos muestra hacia dónde va la corriente, el dedo índice apunta en la dirección en la cual se dirige el flujo del campo magnético, y el dedo medio hacia dónde va dirigida la fuerza resultante y por lo tanto el sentido de giro En los motores trifásicos resulta muy sencillo invertir el sentido de giro habitual de un motor con tan sólo permutar la posición de cualesquiera dos de los tres cables de alimentación trifásica que hasta él llegan. Esta propiedad es extremadamente útil a la hora de desatascar bombas sumergibles parcialmente atoradas por materia sólida, desatrancar máquinas giratorias atascadas por algún imprevisto, etc. Si observamos más profundamente nos damos cuenta que resulta de vital importancia que el suministro eléctrico a una instalación mantenga una consecución de fases que produzca siempre el mismo sentido de giro en todos los motores trifásicos, independientemente del día y la hora, o de si


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ha habido un apagón. Existen normas que definen cual es el sentido de giro estándar en base al sentido de giro de un cierto motor alimentado con una cierta consecución de fases. Es más, cuando se conecta un grupo electrógeno para alimentar una instalación existente y en funcionamiento con falta de suministro de red, una de las comprobaciones que siempre ha de hacer el técnico encargado es comprobar el sentido de giro obtenido con la conexión eléctrica realizada en alguna máquina que no vea comprometida su integridad por un sentido de giro incorrecto. Si efectivamente el sentido de giro es el incorrecto para una máquina, lo será también para el resto de máquinas, con lo que bastará permutar dos fases de alimentación para que la consecución de fases vuelva a ser la corr ecta en toda la instalación.

REVERSIBILIDAD Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización. Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga. En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica. En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal

CONCLUSIONES Los tipos de motores de corriente continua son básicamente Motor de cc de imán permanente, de serie, compuesto, con excitación externe y en derivación o Shunt. Los motores con excitación externa se caracterizan por la independencia entre el control por el inductor y el control por el inducido, es decir, el inductor y el inducido, se alimentan de dos fuentes de energía independiente. Sus aplicaciones principales son en máquinas para torneado y taladrado de materiales, extrusión de materiales plásticos y goma, ventilación de horno Los motores en derivación, también llamados de Shunt es aquel cuyo circuito de campo se obtiene de su potencia directamente de las terminales del inducido del motor El arranque de un motor es el instante en que conecta a la red. En ese momento, el par motor debe ser mayor que el par resistente que opone la carga. El sistema Ward-Leonard consiste en un motor asíncrono trifásico que lleva acoplado mecánicamente un generador de c.c. de excitación separada cuyo ajuste permite obtener diferentes tensiones de salida en escobillas

BIBLIOGRAFÍA: 

http://www.slideshare.net/carlostierra/aranque-de-motores-electricos


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Motores de Cc

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