Máquinas
DC
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•
•
Máquinas DC Tensión inducida en armadura Reacción de armadura PhD. Maria Teresa Mendoza
MÁQUIN MÁ QUINAS AS ELÉCTRICAS ELÉCTRICAS Clasificación:
Máquinas DC Pri rinci ncipa pales les cara caract cte erísti rísticas cas �Fácil control �Fabricación cara �Cuidados en la partida �Generadores y motores
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Máquinas DC Pri rincipi ncipio o de funciona funci onami mie ent nto: o: Inducci Inducción ón ele elect ctro roma magnética gnética Considerando un conductor de longitud L que se desplaza a una velocidad v en un campo magnético uniforme B y constante en el tiempo. ti empo. La f.e.m. i ndu duci cida da en el con conductor ductor será en este caso:
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Máquinas DC 1. Carcasa 2. Núcleo polar 3. Expansión polar 4, 5. Núcleo del polo auxiliar o de conmutación 6. Núcleo del inducido 7. Devanado del inducido 8. Devanado inductor 9. Devanado de conmutación 10. Colector de delgas 11, 12. Escobillas
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Máquinas DC Par te tes s con consti stitu tuye yente ntes: s: Estator Estator �Carcasa: estructura que soporta a las demás partes. También tiene por función conducir el flujo magnético de un polo a otro. principales : constituye un núcleo magnético, formado �Polos principales:
por un conjunto de chapas laminadas. Tiene por función producir el flujo magnético. Sus extremidades son mas largas y constituyen las zapatas polares.
�Devanado principal de campo : bobinado sobre el polo de excitación principal. Alimentado en CC y establece así un campo magnético continuo en el tiempo. 05/12/2013
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Máquinas DC Partes constituyentes: Estator �Carcasa �Polos principales �Devanado principal de campo �Bobina shunt Compuesta de muchas espiras de alambre delgado.
�Bobina serie Compuesta de pocas espiras de alambre grueso.
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Máquinas DC Partes constituyentes: Estator �Polos auxiliares o de conmutación:
son alojados en la
región entre los polos y constituidos por un conjunto de chapas laminadas.
�Devanado de conmutación: son recorridos por la corriente de armadura, siendo conectados en serie con este. Tiene por función facilitar la conmutación y evitar el aparecimiento de centellamiento en el conmutador .
�Devanado de compensación: alojado sobre el polo principal. Tiene
por
función
neutralizar
la
reacción
de
armadura
reforzando el campo principal. Sólo lo llevan las máquinas de 5a /1 n 2/20p 13otencia. g0r
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Máquinas DC Partes constituyentes: Estator �Polos
auxili ares
o
de
conmutación
�Devanado de conmutación �Devanado de compensación
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Máquinas DC Partes constituyentes: Estator �Conjunto porta escobas: estructura mecánica que aloja las escobas. Las escobas son constituidas de material conductor y deslizan sobre el conmutador cuando este gira. Las escobas también conectan el circuito externo de la máquina con el devanado de armadura.
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Máquinas DC Partes constituyentes: Rotor �Núcleo magnético: constituido de un conjunto de chapas de acero magnético laminadas, con ranuras axiales para alojar el devanado de armadura.
�Devanado de armadura: Compuesto de un gran número de espiras en serie conectadas al conmutador.
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Máquinas DC Partes constituyentes: Rotor �Conmutador (colector): constituido de láminas de cobre aisladas unas de otras por medio de láminas de mica. Tiene por función
transformar
la
tensión
alterna
inducida en una tensión continua.
�Eje: elemento que transmite la potencia mecánica desarrollada por el motor a una carga a él acoplada.
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Máquinas DC Colector
El colector es un dispositivo que invierte el sentido de la FEM para obtener una tensión continua y positiva
E = 2 . B.l.V
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Máquinas DC – Colector Colector
Escobill as
Colector real
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Máquinas DC – Colector
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Máquinas DC Esquema general de conexión
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Máquinas DC Reacción de arm adur a
Al circular corriente por el inducido (rotor) se va a crear un campo que distorsiona el campo creado por los polos inductores (estator) de la máquina distorsión del campo recibe el nombre de reacción de armadura o inducido
E 2Bl V
S FEM con reacci ón de induci do
DESPL AZAMIENTO LÍNEA NEUTR A 0
Esta
EFECTOS PR ODUCIDOS POR L A REACCIÓN DE 0 5/ 12 /20 13 INDUCIDO
N N
2
-2Bl V Desplazamiento del “plano o línea neutra” (plano en el que se anula el campo Disminución del valor global del campo de la máquina
Máquinas DC Reacción de armadura
Observase que:
Donde las magnitudes de los flujos de
armadura y campo se suman (ΦT>Φc), la resultante
total
del
flujo
se
satura,
aumentando las pérdidas en el fierro (calentamiento, corrientes parásitas, etc).
Donde las magnitudes de los flujos de
campo y armadura se restan (ΦT<Φc), y consecuentemente, el valor del voltaje inducido
disminuye,
eficiencia de la máquina. 05/12/2013
empeorando
la 20
Máquinas DC Reacción de armadura
La conmutación ocurre, cuando:
Las escobillas se sitúan en la línea neutra, fig.(a), cuando no existe
corriente de armadura, la línea de neutro se sitúa en el plano perpendicular al flujo originado por el campo. Fig.
(b), cuando la línea de neutra se desplaza hasta situarse en el plano
perpendicular a la resultante ΦT, resulta en una conmutación poco óptima.
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Máquinas DC Reacción de armadura: Consecuencias
�Saturación magnética en ciertas zonas.
�Menor inducción en otras. �Menor fem inducida total. �Elevación
de
la
tensión
en
láminas consecutivas del colector.
�Deslizamiento de la línea neutra.
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Máquinas DC Reacción de armadura: Consecuencias
�Saturación magnética en ciertas zonas.
�Menor inducción en otras. �Menor fem inducida total. �Elevación
de
la
tensión
en
láminas consecutivas del colector.
�Deslizamiento de la línea neutra.
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Máquinas DC Reacción de armadura: Soluciones
�Solución para
la
1:
Deslizar las escobas de la línea neutra geométrica
línea
neutra
real
(operación
compleja-maniobra
correctiva).
�Fijar las escobillas en una posición determinada (cuando opera a los 2/3 de carga). En este caso el motor chisporroteó en vacio y a plena carga. Hoy el desplazamiento de escobillas se utiliza únicamente en máquinas muy pequeñas.
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Máquinas DC Reacción de armadura: Soluciones
�Solución
2:
Neutralizar
la
reacción
de
armadura
con
devanados de compensación.
�Conductores alojados en ranuras en los polos y conectados en serie con el circuito exterior. �La corriente circula en el devanado de compensación en sentido opuesto. �Solución cara y aumenta las pérdidas en el cobre (máquinas de elevada potencia). Todo motor que utiliza devanados de compensación debe tener interpolos, ya que los devanados de compensación no cancelan los efectos Ldi/dt.
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Máquinas DC Reacción de armadura: Soluciones
�Solución
3:
Polos auxiliares de conmutación.
�Mejoran la conmutación y eliminan el deslizamiento de la línea neutra. �Son colocados en la línea neutra geométrica y conectados en serie con el inducido. �Producen campo magnético opuesto al inducido. El uso de polos de conmutación es muy común ya que corrige los problemas de chisporroteo. Se encuentran en casi todas las máquinas de 1 HP o mayores.
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Máquinas DC
Pérdidas en máquinas de C.C. Pérdidas eléctricas Producto
de las resistencias de los devanados (pérdidas en el cobre) y pérdidas en los contactos eléctricos (pérdidas en las escobillas)
Pérdidas mecánicas Asociadas
a las pérdidas por concepto de roce entre las partes móviles de la máquina (rodamientos, etc.). Función cúbica de la velocidad de rotación de la máquina.
Pérdidas magnéticas Pérdidas en el núcleo se manifiestan principalmente. Ciclo
de histéresis del material ferromagnético. 05/1 2/C 20o 13rrientes parásitas de Foucalt.
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Máquinas DC Balance energético de una máquina rotativa ESTATOR
R OTOR
Potencia eléctrica consumida
(Pe )
Potencia mecánica útil de l motor (P u ) (Pu
Pe 90% Pé rdidas en el cobr e del e stator
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Pé rdidas en e l hie rro
Pérdidas e n el cobre de l rotor
Pé rdidas rotac ionale s
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Máquinas DC Bornes de la máquina de corriente continua Nomenclatura a utilizar en los
Inducido
A1-A2
devanados de la máquina de
Polos auxiliares o de conmutación
B1-B2
Devanado de compensación
C1-C2
Inductor serie
D1-D2
Inductor paralelo
E1-E2
corriente
continua
norma IEC 60034-8.
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según
la
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Máquinas DC Características de motores DC
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Máquinas DC Comparación entre motor y generador Para un motor, Va=Ec +IaRa Para un generador, Eg =Va+IaRa Donde: Va: tensión aplicada Ec: fcem generada, desarrollada en la armadura del motor. Eg: fem generada IaRa: caída de tensión 05/12/2013
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Ge neradores DC
Excitación Excitación Excitación Excitación
•
•
•
•
independiente Shunt serie compuesta PhD. Maria Teresa Mendoza
Generadores DC Principales características �Fácil
control de tensión.
�Fabricación
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cara.
Generadores DC Generación C.C.
El objetivo del generador es producir una tensión de c.c. por conversión de energía mecánica en energía eléctrica, y en el caso de ser una máquina de excitación propia una porción de esta tensión es empleada para excitar el devanado de campo magnético estacionario.
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Generadores DC Tipos de generadores DC
�Generador DC de excitación separada �Generador DC paralelo (shunt) �Generador DC serie �Generador compuesto � Aditivo o acumulati vo �Substractivo o diferencial
�Generador DC de imanes permanentes �Generador DC sin escobas (Brusless DC)
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Generadores DC Generador es DC
Los generadores DC son comparados por sus voltajes, potencias nominales, eficiencias y regulaciones de voltaje.
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Generadores DC Esquema de conexión para exci tación independiente
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación independiente El generador de CC, debiera en el caso ideal, entregar en bornes de la armadura un voltaje continuo Va, de magnitud independiente de la carga.
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Figura: Característica VL vs IL en el generador de excitación separada
Generadores DC Control de voltaje en los terminales El voltaje en los terminales de un generador DC de excitación separada puede controlarse cambiando el voltaje interno generado Ea de la máquina, hay dos formas posibles de controlarlo. 1. Cambio de la velocidad de rotación. 2. Cambio de la corriente de campo. Si Rf disminuye entonces aumenta la corriente de campo.
(1) (2) 05/12/2013
Generadores DC Control de voltaje en los terminales
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación independiente Aplicaciones típicas -Tacómetro Tensión proporcional a la velocidad de rotación.
- Am plificador
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación serie
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación serie En
un primer tramo, el voltaje generado crece en forma prácticamente lineal. Pasado el nivel de corriente nominal, el núcleo se satura, el voltaje en bornes queda limitado. El generador está en zona de corriente constante. En la zona de corriente constante, la caída de tensión se explica por un efecto predominante de la reacción de armadura, que se suma a las pérdidas de Joule del generador.
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación shunt
El generador shunt es denominado auto-excitado, debido a que existe un proceso de realimentación positiva. El fenómeno de auto excitación requiere: -Flujo remanente. -El flujo generado en primera instancia debe sumarse al flujo remanente existente (de lo contrario el campo se debilita y no se produce generación). -El valor de la resistencia de campo ( R=Rc+Rr ) debe ser menor a un cierto valor crítico Rcrit. 05/12/2013
Generadores DC Esquema de conexión para excitación shunt Si la resistencia de campo es muy elevada, la corriente que se establece al conectar la carga resulta insuficiente para elevar la tensión y el fenómeno de auto-excitación no se produce. La resistencia critica está dada por la pendiente de la recta tangente de la curva de saturación del material ferromagnético.
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación shunt La resistencia crítica varía con la velocidad. Cuanto más baja sea la velocidad del eje, menor es la resistencia crítica.
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación shunt En el primer tramo, la curva es similar a la del generador con excitación separada. Luego las pérdidas aumentan por concepto de reacción de armadura, debido a que las variaciones en el voltaje también afectan la excitación del generador.
La regulación de voltaje de este generador es peor que la regulación de voltaje lograda con el mismo equipo conectado con excitación separada.
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Generadores DC Esquema de conexión para exci tación shunt Existe un valor crítico de corriente, a partir del cual, el voltaje cae bruscamente. Cuando el voltaje comienza a decrecer debilita el campo que excita la máquina, lo cual disminuye aún más el voltaje. Por lo tanto, si se cortocircuita la carga, el voltaje en los terminales de armadura es cero, la corriente de excitación es cero, y la única corriente es la que produce la tensión debida al flujo remanente. Por esto, se dice que el generador se auto-protege.
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Generadores DC Control de voltaje para un generador DC en derivación Existen dos maneras de controlar el voltaje. 1.
Cambio de la velocidad del eje del generador.
2.
Cambio de la resistencia de campo del generador, y por lo tanto, cambiando la corriente de campo.
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Generadores DC Razones que impiden la auto-excitación Hay 4 razones especificas para no ocurrir la auto-excitación de un generador sin carga. 1. Falta de (o bajo) magnetismo residual El proceso requiere algún magnetismo residual para su inicio, un valor extremadamente bajo o la falta completa de magnetismo residual, inhibirá el proceso.
El magnetismo residual puede ser perdido por condiciones que desmagneticen los campos polares: batidas mecánicas, máquinas paradas por largo tiempo, etc. Estas fallas pueden ser remedidas por magnetización de los polos y remoción de las mismas. 05/12/2013
Generadores DC Razones que impiden la auto-excitación 2. Conexiones del circuito de campo invertidas con relación al circuito de armadura La corriente que fluye en el circuito de campo debe producir una f.m.m. que auxilie el magnetismo residual.
Si las conexiones de campo son invertidas con relación a la armadura, el flujo de campo resultante tiende a oponerse o a disminuir el flujo residual.
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Generadores DC Razones que impiden la auto-excitación 3. Resistencia del circuito de campo mayor que la resistencia crítica La resistencia crítica del circuito de campo es vista como tangente a la curva de saturación que pasa a través del origen. 4. Conexión abierta o alta resistencia en el circuito de armadura Un conmutador sucio, una escoba suelta o la falta de escobas; actúan de la misma manera que una alta resistencia de campo, porque reducen la corriente de campo.
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación compuesta aditiva Configuración con características de emplear el campo en disposición serieparalelo. Si los flujos generados por el campo serie y paralelo se suman, se dice que la configuración es compound aditiva.
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación compound aditiva – derivación corta Rc:
resistencia del devanado de campo paralelo. Rcs :
resistencia del devanado de campo serie.
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Generadores DC Esquema de conexión para excitación compound aditiva – derivación larga El esquema de conexión compound aditivo con derivación corta, el campo paralelo se conecta inmediatamente en los bornes de la armadura. El esquema de conexión compound aditivo derivación larga, el campo paralelo se conecta posterior al campo serie. Derivación corta
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Derivación larga
Generadores DC Característica de los compound acumulativo
terminales
de
un
generador
dc
Dependiendo de cual sea el efecto predominante.
Como se eleva los terminales. Aumenta I A,
I A,
la caída de voltaje aumenta y disminuye la tensión en
la f.m.m. de campo serie aumenta, esto incrementa la f.m.m. total que incrementa el flujo en el generador.
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Generadores DC Control de volt aje - excitación compound aditi va Las técnicas disponibles para controlar un generador dc compuesto acumulativo son:
Cambio de la velocidad de rotación.
Cambio en la corriente de campo.
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Generadores DC Excitación compound aditiva Si se incrementa el número de espiras en serie, la tensión terminal puede aumentar con la carga, dando lugar a la característica hipercompuesta. En caso contrario la tensión puede reducirse con la carga como generador en derivación, característica hipocompuesta.
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Generadores DC Esquema de conexión: Compound diferencial Configuración idéntica al caso anterior, con la diferencia que la polaridad de una de las bobinas de campo se cambia, de modo de, tener un flujo de campo total equivalente a la resta de los dos flujos de campo serie y paralelo.
Fig. : Compund aditivo
Fig. : Compund diferencial
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Generadores DC Característica de los compound diferencial
terminales
de
un
generador
dc
Ocurre los mismos efectos que se presento en el generador compound acumulativo.
Cuando aumenta los terminales.
I A,
aumenta la caída de voltaje y disminuye la tensión en
Aumenta I A,
la f.m.m. de campo serie aumenta, esto reduce la f.m.m. total que a su vez reduce el flujo neto en el generador.
La conexión diferencial presenta una caída de tensión elevada con el aumento de carga, lo que hace útil su aplicación en generadores para soldadura en corriente continua.
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Generadores DC Esquema de conexión: Compound dif erencial Cuando la corriente de armadura aumenta existe una caída de tensión; el flujo de campo serie se fortalece debilitando el flujo total del generador, lo que se traduce en un menor voltaje inducido. En esta conexión la caída de tensión es tan brusca respecto al cambio de corriente.
El generador compound diferencial tiene la característica de inmunidad frente a cortocircuitos, puesto que si la carga se cortocircuita la corriente de armadura aumenta tal que los flujos serie y paralelo se cancelan y el voltaje cae a cero.
Generadores DC Comparación de las características
Generador de excitación separada, a medida que aumenta la corriente de
armadura, aumenta la caída de tensión, por lo que V disminuye. Generador serie, la corriente de campo es la misma que la corriente de carga, la tensión varia con la corriente, por lo que no es muy usado. Generador shunt , ampliamente usado, la tensión se mantiene relativamente constante dentro de cierto limites para variaciones de corriente de carga. Generador compound aditivo , a través del devanado de campo serie el flujo se incrementa, de modo que la tensión se mantiene constante.
Generadores DC Generador D.C. de imanes permanentes Si imanes permanentes son usados en lugar de excitación de campo eléctrico, las siguientes ventajas aparecen: � Alta eficiencia
� Menos volumen y peso � Bajo costo
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Generadores DC Criterio de máxima eficiencia
La eficiencia de una máquina se incrementa con la carga hasta alcanzar un punto máximo. Para un generador de c.c., la potencia de salida es:
La potencia de entrada es:
La eficiencia es:
La corriente de carga a eficiencia máxima para un generador de c.c., es:
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Motores DC
Motor
•
Motor
•
Motor
•
serie derivación compuesto
PhD. Maria Teresa Mendoza
Motores DC Tipos de motores DC
�Motores DC de excitación separada �Motor DC paralelo (shunt) �Motor DC serie �Motor compuesto � Aditivo o acumulati vo �Substractivo o diferencial
�Motor DC de imanes permanentes
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Motores DC Excitación separada
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Motor dc de excitación separada •
Los devanados de armadura (inducido) y de campo (excitación) están eléctricamente separados, y son alimentados por fuentes distintas. –
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Permite un control total de la corriente de excitación y de la corriente de armadura.
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Motor c.c. con excitación independiente y shunt •
Los circuitos equivalentes del motor c.c. con excitación independiente y shunt tienen un comportamiento similar.
Fig. Motor cc, excitación independiente
Fig. Motor c.c. excitación shunt
Motor c.c. con excitación independiente y shunt •
•
•
Rendimiento es bajo para cargas pequeñas. La frecuencia de giro se gobierna mediante la tensión Vt o variando If mediante un reóstato. Uso para casos donde se requiera una frecuencia de giro uniforme (herramientas.) Los motores de excitación independiente se emplea cuando se desea controlar la frecuencia de giro (máquinas/herramientas, excavadoras, etc.)
D
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Fig. Frecuencia de giro/par de m otor shunt
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ω
R A
( K φ ) 2
=
V T
−
K φ
R A
( K φ )
2
τ IND
Pendiente negativa
Motor c.c. con excitación independiente y shunt Formasdevariarlavelocidad
Por variación de tensión
Por variación de resistencia del inducido
Por variación de flujo
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Motor c.c. con excitación independiente y shunt Porvariación detensión
Sólo aplicable al motor con excitación independiente
1.
Un aumento en la tensión eleva IA
2.
El aumento de IA incrementa el Tind
3.
El aumento del Tind hace que Tind>Tcarga, y aumenta la velocidad
4.
El aumento de w incrementa a EA
5.
El aumento de EA hace que disminuya IA
6.
La disminución de IA reduce Tind hasta que sean iguales a una mayor velocidad 05/12/2013
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Motor c.c. con excitación independiente y shunt Porvariación detens ión
1.
Un aumento en la tensión eleva IA
2.
El aumento de IA incrementa el Tind
3.
El aumento del Tind hace que Tind>Tcarga, y aumenta la velocidad
4.
El aumento de w incrementa a EA
5.
El aumento de EA hace que disminuya IA
6.
La disminución de IA reduce Tind hasta que sean iguales a una mayor velocidad
El control de voltaje del inducido puede regular la velocidad del motor para velocidades
inferiores
a
la
nominal
pero no para velocidades superiores a ella. Para velocidades mayores se requiere excesivo voltaje inducido que podría dañar el circuito
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Motor c.c. con excitación independiente y shunt Porvariación deresistencia deli ndu cido
Si se inserta una resistencia en serie con el circuito del inducido , se produce un aumento drástico de la pendiente (par-velocidad), que lo hace operar con mas lentitud. La inserción de una resistencia es un método antieconómico de controlar la velocidad puesto que las pérdidas en la resistencia insertada son muy grandes. Válido para motores co n excitación en derivación como para motores co n excitación independiente.
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Motor c.c. con excitación independiente y shunt Porvariación delaresistencia decampo
Si aumenta la resistencia de campo, la corriente de campo disminuye, y el flujo de campo también disminuye con ella, lo cual causa un gran aumento con la corriente del inducido.
¿Como varia el torque, si el flujo dism inu ye? El control de la resistencia de campo puede regular el control de la velocidad para velocidades por encima de la nominal . Para velocidades menores se requiere excesiva corriente de campo y quizá pueda quemar los devanados de campo. 05/12/2013
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Motor c.c. con excitación independiente y shunt Limites de potencia y torque como función de la velocidad de un motor en derivación bajo control por voltaje inducido y por resistencia campo.
En el control por voltaje del induc ido, el flujo en el motor es constante, de modo que el torque máximo del motor es : La potencia máxima del motor a cualquier velocidad, bajo control de voltaje inducido es Pmax =T m ax .w 05/12/2013
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Motor c.c. con excitación independiente y
shunt
Limites de potencia y torque como función de la velocidad de un motor en derivación bajo control por voltaje inducido y por resistencia campo.
Control por resistencia de campo , el aumento de velocidad se produce por una disminución del flujo . La máxima potencia de salida de un motor DC es constante mientras que el torque máximo v aría con el inverso de la veloci dad . 05/12/2013
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Motores DC Excitación serie
Motor c.c. con excitación serie •
•
El motor c.c. conexión serie se caracteriza por presentar un gran par de arranque y por tener una frecuencia de giro que depende de la carga. Los motores c.c. en serie deben ponerse en marcha a través de reóstato de arranque para limitar la intensidad de su corriente.
un
Fig. Motor c.c. con conexión serie
El motor serie no debe ser arrancado en vacío o con una carga pequeña. Para cargas inferiores al 25% de la asignada la velocidad adquiere valores peligrosos.
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Motor c.c. con excitación serie •
•
•
•
El flujo es directamente proporcional a la corriente de armadura hasta alcanzar saturación (característica par-velocidad). A medida que se incrementa la carga también se incrementa el flujo y esto causa un decremento en la velocidad. Si el par es cero, la velocidad tiende al infinito (figura). Esto no sucede, sin embargo velocidades muy altas pueden dañar el motor, por lo que nunca se debe arrancar sin carga. La frecuencia de giro puede gobernarse mediante resistores en serie. El motor se emplea para accionar grandes cargas (vehículos, ascensores, etc.)
Fig.
Característica
par-velocidad
81
•
ω =
V T Kc
1 τ ind
−
R A
+ RS
Kc
Motores DC Motor Universal
Motor que funciona tanto en corriente continua cuanto en corriente alterna. Motor con conexión serie, cuyos devanados de campo y armadura están conectados en serie, pudiendo por tanto, ser alimentados por una única fuente que puede ser AC o DC.
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Motores DC Excitación compuesta
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Motor c.c. con excitación compuesta •
Reúne las propiedades de los motores serie y shunt. Siguiendo la convención de puntos se puede conectar de dos formas: –
Conexión compuesta acumulativa.
–
Conexión compuesta diferencial.
Fig. Conex Conexión ión l arga
Fig. Conex Conexión ión corta
El devanado de excitación serie puede conectarse de forma que refuerce el campo derivación (aditivo) o que se oponga (diferencial). La corriente del devanado derivación es constante, mientras que la del serie aumenta con 05 / 12/2013 85 la carga.
Motor c.c. con excitación compuesta acumulativa •
•
Para cargas pequeñas el campo serie tiene poca influencia, por tanto se asemeja al motor cc shunt, cuando la carga es considerable su comportamiento se asemeja al motor serie. El motor de excitación compuesta acumulativa de cc combina los mejores rasgos del motor serie y derivación. Al igual que un motor serie, tiene un par extra para arrancar, y como el motor en derivación no embala sin carga.
Fig. Conexión l arga 05/12/2013
Fig. Característica par-velocidad del m otor cc compuesto acumulativo
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Motor c.c. con excitación compuesta acumulativa Control de veloci dad en el mot or c.c. •
Cambio de la resistencia de campo RF
•
Cambio del voltaje aplicado en los terminales
•
Cambio de la resistencia del inducido RA
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Motor c.c. con excitación compuesta •
•
•
diferencial
El motor cc compuesto diferencial, las f.m.m. del campo en derivación y del campo en serie se restan una de otra. Esto significa que cuando la carga aumenta en el motor, Ia se incrementa y, el flujo en el motor disminuye, la velocidad aumenta. Esto aumenta más Ia y disminuye el flujo. El motor cc en conexión compuesta diferencial es inestable y tiende a embalarse. Es imposible arrancar el motor, en condiciones de arranque la corriente del inducido y de campo son muy grandes. Cuando se arranca su campo serie debe cortocircuitarse.
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Fig. Característica par-velocidad del motor cc compuesto diferencial
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Motor c.c. Métodos de frenado Frenado regenerativo Se hace girar la máquina a una velocidad N superior a la de vacío N0, la f.c.e.m. del motor E será superior a la tensión aplicada V, de tal modo que la corriente Ii del inducido cambiará de signo respecto al mostrado. En esta situación la máquina DC trabajará como generador y la red actuará como receptor de energía, frenando la máquina.
Frenado reostático o dinámico Se desconecta el inducido de un motor de la red mientras permanece conectado la excitación, la máquina no produce par motor y debido a la acción del par resistente frenará al cabo de cierto tiempo.
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Motor c.c. Métodos de frenado Frenado a contr acorri ente
Sin alterar las conexiones del inductor, se aplica tensión al inducido en sentido inverso, lo que ocasiona un frenado brusco, y luego se inicia la marcha en sentido inverso.
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Motor c.c. Funcionamiento de una máquina en 4 cuadrantes
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Motores DC Brushless
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Motor DC - Brushless Los motores que no emplean escobillas en la conmutación tienen muchas ventajas frentes a los motores DC con escobillas. Ventajas
1. Mayor rendimiento; 2. Mejor relación velocidad-torque motor y rango de velocidades al no tener limitaciones mecánicas; 3. Mayor respuesta dinámica; 4. Mayor eficiencia y menor ruido. Desventajas:
1. Mayor costo; 2. Requieren un complejo.
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control
bastante
más
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Motor DC - Brushless Diferencias entre motores brushless y motores brushed.
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Motor DC - Brushless Diferencias entre motores brushless y motores AC de inducción.
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Motor DC – Arranque de motores C.C. El arranque de motores de c.c. no debe ser realizado aplicando directamente toda la tensión a sus bornes. Si esto fuese realizado la corriente instantánea consumida seria muy elevada. Para reducir la corriente existen tres posibilidades: -
Tensión reducida Disponer de una fuente de tensión regulable
- Utilizando un reóstato de arranque Insertar resistencias en serie en el circuito del inducido. Estas resistencias serán sucesivamente corto-circuitadas a medida que el motor aumente su velocidad. - Por procesos automáticos Utilizar elementos de electrónica o relés electromecánicos.
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No toda la potencia eléctrica es convertida a potencia mecánica para un motor. La eficiencia de un máquina DC es:
η
η
=
=
Pin
Pout Pin
−
⋅
100%
Ploss
Pin
⋅
100%
Hay cinco categorías de pérdidas ocurridas en máquinas DC. 1. Pérdidas eléctricas o del cobre –
son las pérdidas resistivas en
los devanados de armadura y campo
Pérdidas en la armadura
P A
Pérdidas en
PF
2
=
I A RA
=
I F RF
2
Pérdidas en una máquina DC 2. Pérdidas en las escobas
– las pérdidas de potencia a través del
potencial contacto en las escobas de la máquina
P BD V I BD A =
La caída de tensión a través del conjunto de escobas es aproximadamente constante sobre un amplio rango de la corriente de armadura y esto es usualmente asumido cerca de 2 V.
Pérdidas en una máquina DC 3. Pérdidas en el núcleo
– pérdidas por histéresis y pérdidas por
corrientes Eddy. Estas pérdidas varían con
B2
y con
n1.5.
asociadas con efectos mecánicos fricción y rozamiento. Estas pérdidas varían con el cubo de la velocidad n3. 4.
Pérdidas
mecánicas
3. Pérdidas extrañas
– pérdidas
– pérdidas que no pueden ser clasificadas en
ningunas de las categorías antes mencionadas. Son usualmente debido a inexactitudes en el modelamiento. Para muchas máquinas estas pérdidas son asumidas como 1% de las pérdidas totales.
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Motores DC Principales aplicaciones
Velocidad variable, laminadoras o máquinas de tracción (papel), donde la posibilidad de controlar la velocidad y el posicionamiento son importantes.
Aplicación en tracción.
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Momentáneamente operados para freno eléctrico.
como
generadores
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Aplicaciones de motores DC
Máquinas de papel
Laminadoras
Máquinas de impresión
Elevadores
Prensas
Vehículos en general
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Cuadro comparativo de motores DC Tipo Excitación separada Serie
Derivado Compuesto aditivo Compuesto diferencial
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Torque de arranque
Velocidad
Aplicación
Débil
Constante
Taladros
Elevado
Variable (embala en vacio)
Elevadores Tracción mecánica
Débil
Constante
Máquinas de herramientas
Elevado
Poco variable
Elevadores
Débil
Constante
-
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