MOTOR UNIVERSAL Es aquel motor que tiene los polos y el estator laminados ya que puede operar tanto con corriente alterna como con corriente continua. Esto ayuda a reducir las pérdidas en el núcleo. Este motor tiene prácticamente la misma construcción que un motor C.D., ya que tiene un devanado de campo y una armadura con escobillas y conmutador. El conmutador mantiene a la armadura girando a través del campo magnético del devanado de campo. Las características de este motor son casi las mismas ya sea en C.A. o C.D., siempre que el voltaje C.A. no exceda a 60 Hz. De hecho, este motor es el que se encuentra con mayor frecuencia en las viviendas ya que sus principales ventajas son:
Alto par de arranque Alta velocidad Menos tamaño (comparado respecto a otros motores)
El motor universal tiene las características par – – velocidad descendente, fuertemente empinada de un motor dc serie, de modo que no es adecuado para aplicaciones de velocidad constante. Sin embargo, por ser compacto y dar más par por amperio que cualquier otro motor monofásico, se utiliza en aplicaciones donde se requieren un peso ligero y alto par.
1. CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS CONSTRUCTIVAS DE UN MOTOR C.D: Campo (Inductor) – “Estator” Consta de un electroimán encargado de crear el campo magnético fijo conocido por el nombre de inductor. Formado por una corona de material ferromagnético denominada “culata” en cuyo interior, regularmente reg ularmente distribuidos distri buidos 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 llamados polos de conmutación, compensación o auxiliares.
Armadura (Inducido) – “Rotor” Es un cilindro donde se enrollan bobinas de cobre, que se hace girar a una cierta velocidad cortando el flujo inductor y que se conoce como inducido. Formado por una columna de material ferromagnético, a base de chapas y 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.
Colector y Escobillas El inducido suele tener muchas más espiras y el anillo colector está dividido en un mayor número de partes o delgas, aisladas entre sí, el colector está constituido esencialmente por piezas planas de cobre duro de sección trapezoidal, llamadas delgas, separadas y aisladas unas de otras por delgadas láminas de mica, formando el conjunto un tubo cilíndrico aprisionado fuertemente. El colector tiene tantas delgas como bobinas posee el devanado inducido de la máquina. Las escobillas son de grafito o carbón puro montado sobre porta-escobillas que mediante un resorte aseguran un buen contacto que establecerán el enlace eléctrico entre las delgas y el colector y el circuito de corriente continua exterior. Al aumentar el número de delgas, la tensión obtenida tiene menor ondulación acercándose más a la tensión continua que se desea obtener. 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.
2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El motor eléctrico universal basa su funcionamiento en la ley de Laplace. El bobinado inductor y el bobinado inducido están conectados en serie. Al ser recorridos por una corriente, el bobinado inductor forma el campo magnético y el inducido por la ley de Laplace, al ser recorrido por la corriente y sometido a la influencia del campo magnético inductor, se desplaza, dando origen al giro del rotor.
En corriente continua En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas características. Al invertir la corriente continua del motor en serie, el sentido de rotación permanece constante. Si se aplica corriente alterna a un motor en serie, el flujo de corriente en la armadura y en el campo se invierte simultáneamente, el motor seguirá girando en el mismo sentido.
En corriente alterna Como se sabe el par inducido está dado por: = ∅
Si la polaridad del voltaje aplicado a un motor DC en derivación o serie se invierte, tanto la dirección del flujo de campo como la dirección de la corriente del inducido se invierten, y el par inducido resultante continua con la misma dirección de antes.
Cuando el motor universal es conectado c.a., su flujo varía cada medio ciclo.
En la primera mitad de la onda de corriente alterna es denominada positiva, aquí la corriente en los devanados de la armadura tienen la dirección igual a las manecillas del reloj, es decir de izquierda a derecha, mientras que el flujo producto del devanado del campo tiene un sentido de derecha a izquierda, así que el par desarrollado por el motor es contrario al de las manecillas del reloj. En la segunda mitad de la onda de corriente alterna, denominada negativa, el voltaje aplicado invierte su polaridad, así mismo la corriente cambia su dirección y ahora está de derecha a izquierda, también el flujo producto de los polos está dirigido ahora de izquierda a derecha, el par de arranque no cambia su dirección, puesto que en la mitad negativa se invierten tanto la dirección de la corriente, como la del flujo. De esta manera se comporta de manera semejante a un motor serie de corriente continua. Como cada vez que se invierte el sentido de la corriente, lo hace tanto en el inductor como en el inducido, con lo que el par motor conserva su sentido. Tiene menor potencia en corriente alterna que en continua, debido a que en alterna el par es pulsatorio. Además, la corriente está limitada por la impedancia, formada por el inductor y la resistencia del bobinado. Por lo tanto, habrá una caída de tensión debido a reactancia cuando funcione con corriente alterna, lo que se traducirá en una disminución del par. Mayor chispeo en las escobillas cuando funciona en corriente alterna, debido a que las bobinas del inducido están atravesadas por un flujo alterno cuando se ponen en cortocircuito por las escobillas, lo que obliga a poner un devanado compensador en los motores medianos para contrarrestar la fuerza electromotriz inducida por ese motivo.
3. APLICACIONES 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 par-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. Algunas de sus aplicaciones son: • 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. • 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. • Cizallas en trenes de laminación en caliente. Se utilizan motores en derivación. • 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. • Otras aplicaciones son las máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles.
• Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, control de tensión en máquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes • 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). Debido a su versatilidad en las aplicaciones, el motor de Corriente Continua posee una grande parcela del mercado de motores eléctricos, destacándose: • Máquinas operatrices en general; Bombas de pistón, P ares de fricción, Herramientas de avance, Tornos, bobinadoras, Mandriladoras, Trituradoras, Máquinas textiles, Gañidos y grúas, Pórticos, Vehículos de tracción • Prensas, Máquinas de papel, Industria química y petroquímica, Industrias siderúrgicas, Hornos, exhaustores, separadores y cintas transportadoras para industria de cemento.
4. PROCEDIMIENTO DEL TRABAJO DETALLES DEL MOTOR UNIVERSAL UTILIZADO: MOT OR UNIVE R S A L N K 8840
Especificación técnica Voltaje: 110 V-240 V Frecuencia: 50/60Hz Consumo de energía: 600-800Watts Clase de aislamiento: Clase E, clase F Velocidad rpm: 20000-25000 rpm
Vi s tas del motor NK 8840
PROCESO DE EXPERIMENTACIÓN: Con corriente continua (Conectado a fuente)
Se realizó el respectivo montaje para llevar a cabo el experimento. Las conexiones fueron en serie. Se le dio un voltaje inicial para girar el motor. Ahí se midieron el voltaje, la corriente y la velocidad del motor en RPM (en vacío) El paso anterior se realizó repetidas veces con distintos voltajes de entrada, con el fin de obtener un cuadro con datos experimentales. Finalmente, se utilizó un voltaje fijo, donde se iba frenando el motor. De aquí se obtuvieron datos de corriente y velocidad (rpm)
Con corriente alterna (conectado a la red monofásica alterna)
Se realizó el mismo proceso que en el caso anterior, con la diferencia que la corriente utilizada fue alterna.
DATOS EXPERIMENTALES:
V [V] 5.0 7.0 9.0 13.0 15.5 17.5 19.0 21.0 23.5 25.0
En vacío (C.D) I [A] 0.58 0.59 0.60 0.60 0.59 0.55 0.56 0.55 0.54 0.54
V [V] 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0
n [rpm] 495 999 1420 2317 2935 3496 3827 4332 4890 5600
Carga (C.D) I n [A] [rpm] 0.69 4148 0.70 4091 0.73 3849 0.75 3750 0.80 3511 0.82 3351 0.90 3012 0.87 3111 0.83 3293 0.88 3152 0.85 3087
Tabla 1 Tabla 2
V [V] 64.0 68.0 72.0 74.0 76.0 79.0 82.0 85.0 87.0 89.0 90.0 91.0 93.0
En vacio CA I [A] 0.70 0.71 0.72 0.73 0.74 0.75 0.77 0.78 0.75 0.76 0.76 0.77 0.77 Tabla 3
n [rpm] 10127 13035 13894 14542 14760 14998 15523 16037 16093 16522 17135 17125 17344
RESULTADOS: Grafica Voltaje- Velocidad en corriente continua en condición de vacío
V vs n (vacio) 25
20 ) V ( e j 15 a t l o V
10
5 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Velocidad (rpm)
Grafica Corriente- Velocidad en corriente continua en condición de vacío
I vs n (vacio) 0.61 0.60 0.59 ) A ( 0.58 e t n 0.57 e i r r o 0.56 C
0.55 0.54 0.53 0
1000
2000
3000 Velocidad (rpm)
4000
5000
6000
Grafica Voltaje- Velocidad en corriente alterna en condición de vacío
V vs n (CA) 95 90 85 ) V ( 80 e j a t l o 75 V
70 65 60 10000
11000
12000
13000
14000
15000
16000
17000
18000
Velocidad (rpm)
Grafica Corriente- Velocidad en corriente alterna en condición de vacío
I vs n (CA) 0.79 0.78 0.77 0.76
) A ( 0.75 e t n 0.74 e i r r 0.73 o C
0.72 0.71 0.70 0.69 10000
11000
12000
13000
14000
15000
Velocidad (rpm)
16000
17000
18000
Grafica Voltaje- Velocidad con carga
V vs n (Carga) 24
24 ) V ( e j 23 a t l o V
23
22 3000
3200
3400
3600
3800
4000
4200
Velocidad (rpm)
Grafica Corriente- Velocidad con carga
I vs n (Carga) 0.90
0.85 ) A ( e t n 0.80 e i i r o C
0.75
0.70 3000
3200
3400
3600 Velocidad (rpm)
3800
4000
4200
