monografia de motores.doc

Responsable: Iván David Colman

FEB – Profesorado Tecnológico Tecnológico

Carátula:

Trabajo Especial: Motores eléctricos

Materia: Ensayos y Servicios Auxiliares Curso: Prof. Tecnológico - 4to. Año – a Matan!a Profesor: "ng. #o$rigo %avier &ó'e! Fecha 27 de julio de 2012

Trabajo especial sobre motores eléctricos

! de julio del "#o $%

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Motores eléctricos )n motor eléctrico es una má*uina eléctrica *ue transforma energ+a eléctrica en energ+a mecánica por medio de campos magnéticos ,ariables electromagnéticaselectromagnéticas "lgunos de los los motores eléctricos eléctricos son re,ersibles. re,ersibles. pueden transformar transformar energ+a mecánica en energ+a eléctrica funcionando como generadoresgeneradores- /os motores eléctricos de tracción usados en locomotoras reali0an a menudo ambas tareas. si se los e*uipa con frenos regenerati,os1on ampliamente utili0ados en instalaciones instalaciones industriales. industriales. comerciales 2 particularesparticularesPueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a bater+as- "s+. en automó,iles se están empe0ando a utili0ar en ,e3+culos 3+bridos para apro,ec3ar las ,entajas de ambosPrincipio de funcionamiento /os motores de corriente alterna 2 los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento. el cual establece *ue si un conductor por el *ue circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético. éste tiende a despla0arse perpendicularmente perpendicularmente a las l+neas de acción del campo magnéticoEl conductor tiende a funcionar como un electroimán debido debido a la corriente eléctrica *ue circula por el mismo ad*uiriendo de esta manera propiedades magnéticas. *ue pro,ocan. debido a la interacción con los polos ubicados en el estator. el mo,imiento circular *ue se obser,a en el rotor del motor- "pro,ec3ando el estator 2 rotor ambos de acero laminado al silicio se produce un campo magnético uniforme en el motorPartiendo del 3ec3o de *ue cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético. además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente. el producto de la interacción de ambos campos magnéticos 3ace *ue el conductor tienda a despla0arse produciendo produciendo as+ la energ+a mecánica- 4ic3a energ+a es comunicada al e5terior mediante un dispositi,o llamado flec3a-

Motores eléctricos asincrónicos /os motores motores as+ncronos as+ncronos o de inducción inducción son son un tipo de motores eléctricos de corriente alterna- El motor as+ncrono trifásico está formado por un rotor. *ue puede ser de dos tipos: a6 de jaula de ardilla7 b6 bobinado. 2 un estator. en el *ue se encuentran las bobinas inductoras- Estas bobinas son trifásicas 2 están desfasadas entre s+ %$8- 1eg9n el Teorema de Ferraris. cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas. se induce un campo magnético giratorio *ue en,uel,e al rotor- Este campo magnético ,ariable ,a a inducir una tensión en el rotor seg9n la /e2 /e2 de de inducción de Farada2:

Entonces se da el efecto /aplace /aplace ó ó efecto motor6: todo conductor por el *ue circula una corriente eléctrica. inmerso en un magnético e5perimenta una fuer0a fuer0a *ue *ue lo tiende a poner en mo,imiento mo,imiento-- 1imultáneamente se da el efecto Farada2 ó efecto generador6: en todo conductor *ue se mue,a en el seno de un campo magnético se induce una tensión-



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Motores eléctricos )n motor eléctrico es una má*uina eléctrica *ue transforma energ+a eléctrica en energ+a mecánica por medio de campos magnéticos ,ariables electromagnéticaselectromagnéticas "lgunos de los los motores eléctricos eléctricos son re,ersibles. re,ersibles. pueden transformar transformar energ+a mecánica en energ+a eléctrica funcionando como generadoresgeneradores- /os motores eléctricos de tracción usados en locomotoras reali0an a menudo ambas tareas. si se los e*uipa con frenos regenerati,os1on ampliamente utili0ados en instalaciones instalaciones industriales. industriales. comerciales 2 particularesparticularesPueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a bater+as- "s+. en automó,iles se están empe0ando a utili0ar en ,e3+culos 3+bridos para apro,ec3ar las ,entajas de ambosPrincipio de funcionamiento /os motores de corriente alterna 2 los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento. el cual establece *ue si un conductor por el *ue circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético. éste tiende a despla0arse perpendicularmente perpendicularmente a las l+neas de acción del campo magnéticoEl conductor tiende a funcionar como un electroimán debido debido a la corriente eléctrica *ue circula por el mismo ad*uiriendo de esta manera propiedades magnéticas. *ue pro,ocan. debido a la interacción con los polos ubicados en el estator. el mo,imiento circular *ue se obser,a en el rotor del motor- "pro,ec3ando el estator 2 rotor ambos de acero laminado al silicio se produce un campo magnético uniforme en el motorPartiendo del 3ec3o de *ue cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético. además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente. el producto de la interacción de ambos campos magnéticos 3ace *ue el conductor tienda a despla0arse produciendo produciendo as+ la energ+a mecánica- 4ic3a energ+a es comunicada al e5terior mediante un dispositi,o llamado flec3a-

Motores eléctricos asincrónicos /os motores motores as+ncronos as+ncronos o de inducción inducción son son un tipo de motores eléctricos de corriente alterna- El motor as+ncrono trifásico está formado por un rotor. *ue puede ser de dos tipos: a6 de jaula de ardilla7 b6 bobinado. 2 un estator. en el *ue se encuentran las bobinas inductoras- Estas bobinas son trifásicas 2 están desfasadas entre s+ %$8- 1eg9n el Teorema de Ferraris. cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas. se induce un campo magnético giratorio *ue en,uel,e al rotor- Este campo magnético ,ariable ,a a inducir una tensión en el rotor seg9n la /e2 /e2 de de inducción de Farada2:

Entonces se da el efecto /aplace /aplace ó ó efecto motor6: todo conductor por el *ue circula una corriente eléctrica. inmerso en un magnético e5perimenta una fuer0a fuer0a *ue *ue lo tiende a poner en mo,imiento mo,imiento-- 1imultáneamente se da el efecto Farada2 ó efecto generador6: en todo conductor *ue se mue,a en el seno de un campo magnético se induce una tensión-



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El campo magnético giratorio. a ,elocidad de sincronismo. creado por el bobinado del estator. corta los conductores del rotor. por lo *ue se genera una fuer0a electromotri0 de induccióninducción/a acción acción mutua mutua del campo giratorio 2 las corrientes e5istentes en los conductores del rotor. originan una fuer0a electrodinámica sobre dic3os conductores del rotor. las cuales 3acen girar el rotor del motor- /a diferencia entre las ,elocidades del rotor 2 el campo magnético se denomina desli0amientoC;RC);T< E=);>"/E?TE 4E/ @
C;RC);T< E=);>"/E?TE-

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potencia 2 en ellos. en ,irtud del Teorema de /eblanc. el campo magnético es igual a la suma de dos campos giratorios iguales *ue rotan en sentidos opuestos- Estos motores monofásicos no arrancan por si solos. por lo cual se debe disponer alg9n medio au5iliar para élPartes del motor Asincrónico.

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aula de ardilla: En su interior contiene barras conductoras a lo largo. de aluminio o de cobre con surcos 2 conectados juntos en ambos e5tremos poniendo en cortocircuito los anillos *ue forman la jaula/os bobinados inductores en el estator de un motor de inducción instan al campo magnético a rotar alrededor del rotor- El mo,imiento relati,o entre este campo 2 la rotación del rotor induce corriente eléctrica. un flujo en las barras conductoras "lternadamente estas corrientes *ue flu2en longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuer0a *ue act9a tangente al rotor. dando por resultado un esfuer0o de torsión para dar ,uelta al eje/os conductores se inclinan le,emente a lo largo de la longitud del rotor para reducir ruido 2 para reducir las fluctuaciones del esfuer0o de torsión *ue pudieron resultar. a algunas ,elocidades. 2 debido a las interacciones con las barras del estator- El n9mero de barras en la jaula de la ardilla se determina seg9n las corrientes inducidas en las bobinas del estator 2 por lo tanto seg9n la corriente a tra,és de ellas- /as construcciones *ue ofrecen menos problemas de regeneración emplean n9meros primos de barrasEl n9cleo de 3ierro sir,e para lle,ar el campo magnético a tra,és del motor- 1u estructura 2 material se dise#a para reducir al m+nimo las pérdidas- /as láminas finas. separadas por el aislamiento de barni0. reducen las corrientes parásitas *ue circulan resultantes de las corrientes de Foucault- El material. un acero bajo en carbono pero alto en silicio. con ,arias ,eces la resistencia del 3ierro puro. en la reductora adicional- El contenido bajo de carbono le 3ace un material magnético sua,e con pérdida bajas por 3istéresis-

G")/" 4E "R4;//"Princi(ios $e funciona'iento $e las ')*uinas as+ncronas.

/as má*uinas as+ncronas. de las *ue sólo e5isten motores puesto *ue los generadores son siempre sincrónicos. son a*uellas en las cuales la ,elocidad de rotación n puede ser diferente *ue la s+ncrona ns. siendo ésta 9ltima la ,elocidad con la *ue gira el campo magnético dentro de la ca,idad en la *ue se aloja el rotorEl motor as+ncrono. o de inducción. funciona precisamente gracias a las corrientes inducidas sobre el rotor por ese campo magnético giratorioPara ,er esto. imaginemos *ue en el centro de la ca,idad del motor tenemos una espira en cortocircuito 2 *ue en ese instante el campo magnético tiene la dirección 2 Trabajo especial sobre motores eléctricos


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el sentido *ue se muestra en la Figura- 4ado *ue. a los efectos del flujo. el campo magnético está dirigido 3acia abajo 2 aumentando seg9n transcurre el tiempo. las le2es de la inducción de Farada2 2 /en0. nos dicen *ue sobre la espira se inducirá una f-e-m-. *ue a su ,e0 dará origen a una corriente eléctrica con un sentido igual al *ue se indica en la figura-

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Pérdida de potencia en motores asíncronos ! Análisis de PlacaPérdidas de Potencia: El motor as+ncrono. como cual*uier motor eléctrico. con,ierte energ+a eléctrica en mecánica- /a energ+a eléctrica consumida por el motor es la energ+a absorbida Pabs. mientras *ue la entregada es la potencia 9til Pu/a eficiencia o rendimiento del motor 36 se define como la relación entre la potencia 9til 2 la absorbida. n K Pu'Pabs- /a energ+a 9til es normalmente un dato del motor 2 en general se e5presa en C> o &P- @ientras *ue la absorbida se puede obtener a partir de n. o de la tensión. la corriente 2 el desfase usando cual*uiera de las dos fórmulas: /a potencia *ue no se con,ierte en 9til. se pierde por distintas causas- En la Figura H se muestran cómo 2 cuáles son estas pérdidas- Partiendo de la potencia de entrada o absorbida. una parte se pierde en la resistencia del bobinado estatórico 2 se la representa por PCu%- /o *ue *ueda: PemK Pabs – PCu% recibe el nombre de potencia electromagnética/a siguiente pérdida se produce en los conductores de la jaula de ardilla o el bobinado rotórico PCu- /a potencia resultante Pme K Pem – PCu se denomina potencia mecánica- " diferencia de PCu%. PCu puede ser calculada usando la fórmula PCuK dPem donde d es el desli0amiento del motor=ueda por 9ltimo una forma de pérdida de potencia más. la llamada potencia de rotación Prot. *ue se relaciona con el ro0amiento de los cojinetes 2 el ,entilador *ue normalmente está unido al eje para su propia refrigeración4e modo *ue finalmente nos *ueda Pu K Pme – Prot- Cuando un motor funciona sin carga. es decir en ,ac+o. la potencia *ue consume en esta circunstancia es apro5imadamente igual a la de rotación: Pabs ,ac6 K P,ac K Prot-

PIR4;4"1 4E P o &P /a ,elocidad de rotación nominal n6.  /as tensiones a las *ue puede trabajar el motor. 2 las corrientes de l+neas correspondientes El factor de potencia-



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P/"C" 4E )? @-6. aun*ue en la práctica sólo se aplica para motores de potencia nominal menor de HC->-

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Arran"ue por Resistencia Rotórica# Este método de arran*ue sólo se puede aplicar a motores de rotor de,anado- Como se comprueba fácilmente. al introducir una resistencia adicional en el de,anado del rotor. se disminu2e la corriente de arran*ue con relación a la corriente absorbida por el método de arran*ue directoPR&CEDIMIE'%&: inicialmente introducir una resistencia adicional *ue 3aga *ue el par de arran*ue sea el má5imo- Posteriormente. ir reduciendo la resistencia adicional 3asta ceroEste método presenta los siguientes incon,enientes:  El motor se deja de alimentar durante el cambio de una tensión a otra "umenta el tiempo de arran*ue  Es un método caro puesto *ue los motores de rotor de,anado son más caros *ue los de jaula de ardilla "umentan las pérdidas debido a la potencia disipada en la resistencia adicionalEn las figuras *ue se adjuntan a continuación puede anali0arse este método de arran*ue de los motores as+ncronos trifásicos- /as diferentes implementaciones *ue se proponen están reali0adas con automatismos eléctricos relés. pulsadores. tempori0adores. contactores 2 sus contactos au5iliares6-

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Conclusiones# Por lo tanto se denomina arran*ue de un motor al régimen transitorio en el *ue se ele,a la ,elocidad del mismo desde el estado de motor detenido 3asta el de motor girando a la ,elocidad de régimen permanenteEl estudio del arran*ue de los motores tiene una gran importancia práctica. 2a *ue la elección correcta de las caracter+sticas de los motores eléctricos 2 arrancadores a instalar están basados en el conocimiento de las particularidades de éste régimen transitorio "demás a3ora se conocen di,ersas formas de cone5ión 2 no la misma de siempre *ue era la de estrellatriangulo. 2a *ue como se 3a ,isto esta cone5ión si bien es mu2 barata pero no dispone de cualidades tales como para caracteri0arla como la mejor-



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Motor síncrono /os motores s+ncronos son un tipo de motor de corriente alterna- 1u ,elocidad de giro es constante 2 depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la *ue esté conectada 2 por el n9mero de pares de polos del motor. siendo conocida esa ,elocidad como ,elocidad de sincronismo/a e5presión matemática *ue relaciona la ,elocidad de la má*uina con los parámetros mencionados es:

4onde: 

f: Frecuencia de la red a la *ue está conectada la má*uina &06



P: ?9mero de pares de polos *ue tiene la má*uina



p: ?9mero de polos *ue tiene la má*uina



n: >elocidad de sincronismo de la má*uina  re,oluciones por minuto6

Por ejemplo. si se tiene una má*uina de cuatro polos  pares de polos6 conectada a una red de H$ &0. la má*uina operará a %-H$$ re,oluciones por minutoFuncionan de forma mu2 similar a un alternador- 4entro de la familia de los motores s+ncronos debemos distinguir:  /os motores s+ncronos /os motores as+ncronos sincroni0ados /os motores de imán permanente/os motores s+ncronos son llamados as+. por*ue la ,elocidad del rotor 2 la ,elocidad del campo magnético del estator son iguales- /os motores s+ncronos se usan en má*uinas grandes *ue tienen una carga ,ariable 2 necesitan una ,elocidad constanteEste motor tiene la caracter+stica de *ue su ,elocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna *ue lo alimenta- Por ejemplo si la fuente es de J$&0. si el motor es de dos polos. gira a DJ$$ RP@7 si es de cuatro polos gira a %N$$ RP@ 2 as+ sucesi,amente- Este motor o gira a la ,elocidad constante dada por la fuente o. si la carga es e5cesi,a. se detieneEl motor s+ncrono es utili0ado en a*uellos casos en *ue los *ue se desea ,elocidad constante- En nuestro medio sus aplicaciones son m+nimas 2 casi siempre están en relacionadas con sistemas de regulación 2 control mas no con la transmisión de potencias ele,adasComo curiosidad ,ale la pena mencionar *ue el motor s+ncrono. al igual *ue el motor de corriente directa. precisa de un campo magnético *ue posibilite la transformación de energ+a eléctrica recibida por su correspondiente armadura en energ+a mecánica entregada a tra,és del eje " pesar de su uso reducido como motor. la ma*uina sincrónica es la mas utili0ada en la generación de energ+a eléctrica- Por ejemplo. en nuestro pa+s. todas las centrales 3idroeléctricas 2 termoeléctricas mediante generadores sincrónicos trifásicos "demás. la 9nica fabrica de generadores eléctricos con la *ue contamos "/E1"6. fabrica solo generadores sincrónicos. 2a sea monofásicos o trifásicosTrabajo especial sobre motores eléctricos


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Principio de funcionamiento:


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Fig.1

Campo giratorio: &asta a*u+ 3emos considerado al motor sincrónico como una espira fija *ue formaba el estator. 2 un par de polos *ue forma el rotor- En la práctica. los motores sincrónicos son trifásicos. de manera *ue por lo menos tendrán tres bobinados iguales despla0ados %$8 geométricos en la periferia del estator- /a rueda polar o rotor tendrá tantos polos como los *ue tenga el bobinado del estator " fin de comprender mejor el funcionamiento de los motores sincrónicos. nos referiremos al tipo de campo magnético formado por un de,anado trifásico. repartido en la periferia del estator 2 alimentado por un sistema trifásico sinusoidal. de acuerdo a la figura . estando las tres sinusoides despla0adas %$8 entre s+-

Fig. 2

En el estator colocaremos tres bobinados iguales. pero apartados de %$8 geométricos. en la forma *ue se ,e en la figura DEn el interior del estator el flujo magnético resultante será la suma de los producidos por las tres bobinas. de manera *ue en cada instante 3abrá *ue sumar gráficamente los tres flujos de sus respecti,as bobinas- )samos para ello los diagramas ,ectoriales. pero aplicados a los flujos alternos- Pero debe 3acerse una aclaración: el sentido de las l+neas de fuer0as de un campo magnético depende del sentido de circulación de la corriente *ue lo produce. tal como resulta de aplicar la regla del tirabu0ón- 4e manera *ue si aplicamos el tirabu0ón a las bobinas de nuestro estator supongamos *ue cuando la corriente es positi,a. o sea 3acia arriba del eje en la figura . el flujo será saliente desde el centro geométrico del estator. 2 cuando la corriente es negati,a será entrante 3acia el centro


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Tomemos la posición %. *ue corresponde a un instante determinado- /as tres corrientes tienen ,alores *ue se pueden ,er en la figura - ;% e ;D , tienen la mitad del ,alor má5imo. 2 son positi,as. mientras *ue ; , tiene su ,alor má5imo. pero es negati,a- /le,emos esto al gráfico de los flujos de cada bobina- /os de las bobinas recorridas por ;% e ;D tendrán un ,alor dado. proporcional a esas corrientes. 2 estarán dirigidas 3acia afuera desde <7 el flujo producido por ; , será doble de los otros 2 estará dirigido 3acia adentro. es decir. 3acia <. pero lo podemos dibujar saliendo de $ en dirección opuesta a su bobina- 1umemos a3ora los tres flujos 2 ,emos *ue da una resultante en la dirección del . 2 con ,alor: r K %-H  A como el ?8  estaba en su ,alor má5imo. se ,e *ue el flujo resultante es %.H ,eces el ,alor má5imo de cual*uiera de las fasesPasemos a3ora al instante . de la figura D- "*u+ la corriente ;% tiene su ,alor má5imo positi,o. 2 su flujo deberá ser saliente de <. 2 3acia su bobina- /as otras dos corrientes tienen la mitad del ,alor má5imo. pero negati,o. 2 sus flujos deben con,erger 3acia <. o también salir de < pero en dirección opuesta- En la figura se ,e *ue sumando los tres ,ectores se obtienen un ,ector resultante igual al de la posición anterior. pero despla0ado de un cierto ángulo en el sentido de las agujas del relojPasemos a3ora a las posiciones siguientes. 2 se ,e *ue si se procede en la misma forma. el flujo resultante de la posición D está dado por el mismo ,alor *ue en las otras posiciones. pero corrido más 3acia adelante en el sentido del reloj- A es e,idente. pues la suma geométrica se 3ará con un flujo negati,o 2 má5imo. correspondiente a la corriente ;D , *ue será el 9nico *ue sale de < en dirección Trabajo especial sobre motores eléctricos


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opuesta a su bobina. 2 dos flujos de ,alor mitad del má5imo. en dirección positi,a. es decir. desde < 3acia sus respecti,as bobinas- A para la posición ( resulta también un flujo del mismo ,alor pero despla0ado angularmente1i se 3iciera esta operación para todas las posiciones o instantes durante un ciclo. se ,er+a *ue siempre el flujo resultante en el interior del estator tiene un ,alor constante. pero se despla0a continuamente girando en un sentido determinadoCambiando la sucesión de fases. gira en sentido contrario- Esto permite considerar a ese campo como e*ui,alente al producido por una corriente continua. pero *ue girara continuamente en torno al estator- Por este moti,o tal campo se llama: giratorio. A lo *ue sucede durante un ciclo se repetirá en los demás. de manera *ue con un sistema de tres comentes alternadas desfasadas eléctricamente. *ue recorren tres bobinas despla0adas geométricamente. se consigue un campo magnético *ue no es alternado sino constante en ,alor 2 signo. pero *ue gira con ,elocidad uniforme. dada por la conocida e5presión: ?K %$ f ' p En re,oluciones por minuto- Es e,idente *ue el n9mero de polos p debe inter,enir. pues en la figura D 3emos considerado un solo bobinado por fase. lo *ue da dos polos 9nicamente- Cuando 3a2 más polos. se cumple un ciclo en menos de una ,uelta- /a frecuencia f de la red adonde se conecta el bobinado del estator también inter,iene. pues es la *ue da la ,elocidad de rotación de las fases. o también. la duración del per+odoEfecto del campo giratorio#

Fig. 4

>ol,amos a3ora a nuestro motor sincrónico. 2 ,emos *ue debemos colocar una rueda polar *ue tenga tantos polos como el bobinado del estator. para *ue a cada norte del estator corresponda uno en el rotor. 2 as+ sucesi,amente- 1i 3acemos girar el rotor 3asta *ue coincida con la ,elocidad de sincronismo se producirán los siguientes efectos: en el momento *ue un polo norte de la rueda polar esta frente a un polo del de,anado del estator *ue en ese momento tenga ni cara norte 3acia adentro. se produce un rec3a0o entre los dos polos nortes 2 la masa polar del rotor será atra+da por la sección de bobinado estatórico *ue esta colocado inmediatamente pró5imo a la periferia- Como debe 3aber igual cantidad de polos en el estator como en el rotor. esto mismo esta sucediendo con todos los demás polos. uno de los cuales se ,e en la figura ( 2 como el campo giratorio gira en el sentido indicado por la flec3a. el rotor girara en el mismo sentido- /a fuer0a *ue impulse a girar al rotor esta dada por la le2 de atracción 2 repulsión de masas magnéticas. de modo *ue dependerá de la intensidad de los campos magnéticos de la rueda polar 2 del estator o lo *ue es lo mismo. del flujo magnético del rotor 2 de la intensidad de Trabajo especial sobre motores eléctricos


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corriente en el estator- "l eje del motor se aplica el mecanismo *ue este debe mo,er. 2 *ue por lo tanto opondrá cierta resistencia al giro- 1i la cupla *ue suministra el motor es ma2or *ue la opuesta por la resistencia mecánica. el rotor girara con ,elocidad constante cual*uiera *ue sea esa resistencia puesto *ue la ,elocidad sincrónica depende de la frecuencia y n9mero de polos. *ue son in,ariables 2 no de la carga1i la cupla resistente supera a la cupla motora el mo,imiento se frena. deteniéndose el rotor lo *ue se llama desenganche. Resumiendo. para poner en funcionamiento un motor sincrónico 3a2 *ue pro,ocar *ue la rueda polar enganc3e con el campo giratorio. para lo cual 3a2 *ue 3acerlo girar 3asta alcan0ar o sobrepasar la ,elocidad de sincronismo. dejándolo entonces libre- En esas condiciones el motor enganc3a 2 mantiene una ,elocidad cte- igual a la sincrónica. mientras la resistencia opuesta al mo,imiento no sea t an grande *ue pro,o*ue él desenganc3e- 1i esto sucediera 3a2 *ue ,ol,er a reali0ar la maniobra de puesta en marc3a- 4e estas consideraciones se deduce *ue los motores sincrónicos serán aplicables en a*uellos casos en *ue se re*uiera una ,elocidad absolutamente constante. pues su ma2or costo con respecto a otros motores de corriente alternada 2 el incon,eniente de necesitar corriente continua para los campos restringe su margen de aplicación- Posteriormente ,eremos *ue a ,eces se lo utili0a por su cualidad de compensador del desfasaje de la redPara las redes de H$ ciclos por segundo de frecuencia se constru2en motores sincrónicos cu2o n9mero de polos debe estar de acuerdo con la ,elocidad sincrónica deseada- /a tabla adjunta da las ,elocidades respecti,as: >elocidades s+ncronas a H$ &0?8 de Pares de >elocidad s+ncrona ?8 de Pares de >elocidad s+ncrona Polos ns Polos ns P Re,- ' minP Re,- ' min% D$$$ ! (Q  %H$$ N D!H D %$$$ Q DDD ( !H$ %$ D$$ H J$$ % H$ J H$$ %H $$

Arran"ue de un motor trifásico síncrono E5isten cuatro tipos de arran*ues diferentes para este t ipo de motor:  Como un motor as+ncrono

Como un motor as+ncrono. pero sincroni0ado-



)tili0ando un motor secundario o au5iliar para el arran*ue-



Como un motor as+ncrono. usando un tipo de arrollamiento diferente: lle,ará unos anillos rasantes *ue conectarán la rueda polar del motor con el arrancador-



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(renado de un motor trifásico síncrono Por regla general. la ,elocidad deseada de este tipo de motor se ajusta por medio de un reóstato- El motor s+ncrono. cuando alcance el par cr+tico. se detendrá. no siendo esta la forma más ortodo5a de 3acerlo- El par cr+tico se alcan0a cuando la carga asignada al motor supera al par del motor- Esto pro,oca un sobrecalentamiento *ue puede da#ar el motor- /a mejor forma de 3acerlo. es ir ,ariando la carga 3asta *ue la intensidad absorbida de la red sea la menor posible. 2 entonces desconectar el motor
Motor pasó a paso En numerosas ocasiones es necesario con,ertir la energ+a eléctrica en energ+a mecánica. esto se puede lograr. por ejemplo. usando los motores de corriente continua- Pero cuando lo deseado es posicionamiento con un ele,ado grado de e5actitud 2'o una mu2 buena regulación de la ,elocidad. se puede contar con una gran solución: utili0ar un motor paso a pasoEl desarrollo de la presente in,estigación tiene por objeto dar a conocer los principios básicos de funcionamiento de este tipo de motores. sus caracter+sticas constructi,as 2 las formas básicas de 3acer funcionar los motores por medio de dispositi,os micro controlador1us principales aplicaciones se pueden encontrar en robótica. tecnolog+a aeroespacial. control de discos duros. fle5ibles. unidades de C4R<@ o de 4>4 e impresoras. en sistemas informáticos. manipulación 2 posicionamiento de 3erramientas 2 pie0as en general/os motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se re*uieren mo,imientos mu2 precisos/a caracter+stica principal de estos motores es el 3ec3o de poder mo,erlos un paso a la ,e0 por cada pulso *ue se le apli*ue- Este paso puede ,ariar desde Q$ 3asta pe*ue#os mo,imientos de tan solo %-N. es decir. *ue se necesitarán ( pasos en el primer caso Q$6 2 $$ para el segundo caso %-N6. para completar un giro completo de DJ$Estos motores poseen la 3abilidad de poder *uedar encla,ados en una posición o bien totalmente libres- 1i una o más de sus bobinas están energi0adas. el motor estará encla,ado en la posición correspondiente 2 por el contrario *uedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinasEl motor paso a paso está constituido esencialmente por dos partes: a6 )na fija llamada estator. construida a base de ca,idades en las *ue ,an depositadas las bobinas *ue e5citadas con,enientemente formarán los polos nortesur de forma *ue se cree un campo magnético giratorio- b6 )na mó,il. llamada rotor construida mediante un imán permanente. con el mismo n9mero de pares de polos. *ue el



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contenido en una sección de la bobina del estator7 este conjunto ,a montado sobre un eje soportado por dos cojinetes *ue le permiten girar libremente-

IMA)E' DE* R&%&R

IMA)E' DE +' E,%A%&R DE - .&.I'A, 1i por el medio *ue sea. conseguimos e5citar el estator creando los polos ?1. 2 3acemos ,ariar dic3a e5citación de modo *ue el campo magnético formado efect9e un mo,imiento giratorio. la respuesta del rotor será seguir el mo,imiento de dic3o campo. produciéndose de este modo el giro del motorPuede decirse por tanto *ue un motor paso a paso es un elemento *ue transforma impulsos eléctricos en mo,imientos de giro controlados. 2a *ue podremos 3acer girar al motor en el sentido *ue deseemos 2 el n9mero de ,ueltas 2 grados *ue necesitemosPRI'CIPI& DE (+'CI&'AMIE'%& /os motores eléctricos. en general. basan su funcionamiento en las fuer0as ejercidas por un campo electromagnético 2 creadas al 3acer circular una corriente eléctrica a tra,és de una o ,arias bobinas- 1i dic3a bobina. generalmente circular 2 denominada estator. se mantiene en una posición mecánica fija 2 en su interior. bajo la influencia del campo electromagnético. se coloca otra bobina. llamada rotor. recorrida por una corriente 2 capa0 de girar sobre su eje. esta 9ltima tenderá a buscas la posición de e*uilibrio magnético. es decir. orientará sus polos ?


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"9n basado en el mismo fenómeno. el principio de funcionamiento de los motores de corriente continua. los motores paso a paso son más sencillos si cabe. *ue cual*uier otro tipo de motor eléctrico/a figura % intenta ilustrar el modo de funcionamiento de un motor paso a paso. suponemos *ue las bobinas /% como / poseen un n9cleo de 3ierro dulce capa0 de imantarse cuando dic3as bobinas sean recorridas por una corriente eléctrica- Por otra parte el imán @ puede girar libremente sobre el eje de sujeción central-

Paso % a6 Paso  b6 Paso D c6 Paso ( d6 (I)+RA /# PRI'CIPI& DE (+'CI&'AMIE'%& DE +' M&%&R PA,& A PA,& ;nicialmente. sin aplicar ninguna corriente a las bobinas *ue también reciben el nombre de fases6 2 con @ en una posición cual*uiera. el imán permanecerá en reposo si no se somete a una fuer0a e5terna1i se 3ace circula corriente por ambas fases como se muestra en la Figura %a6. se crearán dos polos magnéticos ?

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de dise#ar el circuito *ue controle el motor- )na forma de paliar este incon,eniente es la representada en la Figura . obteniéndose un motor unipolar de cuatro fases. puesto *ue la corriente circula por las bobinas en un 9nico sentido1i inicialmente se aplica la corriente a /% 2 / cerrando los interruptores 1% 2 1. se generarán dos polos ?
(I)+RA 0#1 PRI'CIPI& .2,IC& DE +' M&%&R +'IP&*AR DE C+A%R& (A,E, 1iguiendo la secuencia representada en la Figuras  c6 2 d6. de la misma forma se obtienen a,ances del rotor de Q$ grados 3abiendo conseguido. como en el motor bipolar de dos fases. 3acer *ue el rotor a,ance pasos de Q$ grados por la acción de impulsos eléctricos de e5citación de cada una de las bobinas- En uno 2 otro caso. el mo,imiento obtenido 3a sido en sentido contrario al de las agujas del reloj7 a3ora bien. si las secuencias de e5citación se generan en orden in,erso. el rotor girará en sentido contrario. por lo *ue fácilmente podemos deducir *ue el sentido de giro en los motores paso a paso es re,ersible en función de la secuencia de e5citación 2. por tanto. se puede 3acer a,an0ar o retroceder al motor un n9mero determinado de pasos seg9n las necesidadesEl modelo de motor paso a paso estudiado. sal,o su ,alor didáctico. no ofrece ma2or atracti,o desde el punto de ,ista práctico. precisamente por la amplitud de sus a,ances angularesTrabajo especial sobre motores eléctricos


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)na forma de conseguir motores Paso a Paso de paso mas reducido. es la de aumentar el n9mero de bobinas del estator. pero ello lle,ar+a a un aumento del coste 2 del ,olumen 2 a pérdidas mu2 considerable en el rendimiento del motor. por lo *ue esta situación no es ,iable- &asta a3ora 2 para conseguir la solución más idónea. se recurre a la mecani0ación de los n9cleos de las bobinas 2 el rotor en forma de 3endiduras o dientes. creándose as+ micropolos magnéticos. tantos como dientes 2 estableciendo las situaciones de e*uilibrio magnéticos con a,ances angulares muc3o menores. siendo posible conseguir motores de 3asta de H$$ pasos-

.&.I'AD& DE +' M&%&R PA,& A PA,& DE +'A DI,3+E%ERA4 E' E* 3+E P+EDE' APRECIAR,E .&.I'AD&,4 E* IM2' PERMA'E'%E ,E 5A DE,M&'%AD& PARA P&DER 6ER E* I'%ERI&R DE* M&%&R 3+E E,%2 M&'%AD& ,&.RE *A PR&PIA P*ACA DE CIRC+I%& IMPRE,&

%ipos de motores paso a paso &a2 dos tipos básicos de motores Paso a Paso. los B;P


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casos podemos encontrar motores unipolares con cinco cables. básicamente es lo mismo. solo *ue el cable de alimentación es com9n para los dos pares de bobinas-

E,3+EMA M&%&R +'IP&*AR

E,3+EMA M&%&R .IP&*AR

Motores +nipolares: En este tipo de motores. todas las bobinas del estator están conectadas en serie formando cuatro grupos- Esta a su ,e0. se conectan dos a dos. también en serie. 2 se montan sobre dos estatores diferentes. tal 2 como se aprecia en la Figura D- 1eg9n puede apreciarse en dic3a figura. del motor paso a paso salen dos grupos de tres cables. uno de los cuales es com9n a dos bobinados- /os seis terminales *ue parten del motor. deben ser conectados al circuito de control. el cual. se comporta como cuatro conmutadores electrónicos *ue. al ser acti,ados o desacti,ados. producen la alimentación de los cuatro grupos de bobinas con *ue está formado el estator- 1i generamos una secuencia adecuada de funcionamiento de estos interruptores. se pueden producir saltos de un paso en el n9mero 2 sentido *ue se desee-

(I)+RA 7#1 C&'%R&* DE M&%&R +'IP&*AR Motores .ipolares: En este tipo de motores las bobinas del estator se conectan en serie formando solamente dos grupos. *ue se montan sobre dos estatores. tal 2 como se muestra en la Figura (1eg9n se obser,a en el es*uema de este motor salen cuatro 3ilos *ue se conectan. al circuito de control. *ue reali0a la función de cuatro interruptores electrónicos dobles. *ue nos permiten ,ariar la polaridad de la alimentación de las bobinas- Con la acti,ación 2 desacti,ación adecuada de dic3os interruptores dobles. podemos obtener las secuencias adecuadas para *ue el motor pueda girar en un sentido o en otro-



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(I)+RA -#1 C&'%R&* DE M&%&R .IP&*AR /a e5istencia de ,arios bobinados en el estator de los motores de imán permanente. da lugar a ,arias formas de agrupar dic3os bobinados. para *ue sean alimentados adecuadamente- Estas formas de cone5ión permiten clasificar los motores paso a paso en dos grandes grupos:

4esde el punto de ,ista de su construcción e5isten los siguientes tipos de motores paso a paso: /#1 De reluctancia varia8le 96#R#: /os motores de este tipo poseen un rotor de 3ierro dulce *ue en condiciones de e5citación del estator 2 bajo la acción de su campo magnético. ofrecen menor resistencia a ser atra,esado por su flujo en la posición de e*uilibrio- 1u mecani0ación es similar a los de imán permanente 2 su principal incon,eniente radica en *ue en condiciones de reposos sin e5citación6 el rotor *ueda en libertad de girar 2. por lo tanto. su posicionamiento de régimen de carga dependerá de su inercia 2 no será posible predecir el punto e5acto de reposoEl tipo de motor de reluctancia ,ariable o >-R- figura H6 consiste en un rotor 2 un estator cada uno con un n9mero diferente de dientes- Aa *ue el rotor no dispone de un magneto permanente el mismo gira libremente. o sea *ue no tiene tor*ue de detención-



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(I)+RA ;#1 6I,%A DE ,ECCI<' DE +' M&%&R P&R PA,&, DE RE*+C%A'CIA 6ARIA.*E 0#1 De magneto Permanente: es el modelo en el *ue rotor es un imán permanente en el *ue se mecani0an un n9mero de dientes limitado por su estructura f+sica-R- 4ebido a las técnicas de manufactura usadas en la construcción del estator. los mismos se conocen a ,eces como motores de Spolo de u#as So Scla poleU en ;nglés-

(I)+RA =#1 6I,%A E' ,ECCI<' DE +' MA)'E%& PERMA'E'%E 7#1 5í8ridos: 1on combinación de los dos tipos anteriores7 el rotor suele estar constituido por anillos de acero dulce dentado en un n9mero ligeramente distinto al del estator 2 dic3os anillos montados sobre un imán permanente dispuesto a5ialmente- El tipo &+brido es probablemente el más usado de todos los motores por pasos- -R- 2 P-@- El motor &+brido consiste en un estator dentado 2 un rotor de tres partes apilado simple6- El rotor de apilado simple contiene dos pie0as de polos separados por un magneto permanente magneti0ado. con los dientes opuestos despla0ados en una mitad de un salto de diente figura !6 para permitir una alta resolución de pasosTrabajo especial sobre motores eléctricos


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(igura > El incremento de demanda de los sistemas de motor por pasos de reducido ruido ac9stico. con una mejora en el desempe#o al mismo tiempo con reducción de costos fue satisfec3o en el pasado con los dos tipos principales de motores por pasos &+bridos- El tipo (6 fases *ue 3a sido generalmente implementado en aplicaciones simples 2 el de H fases 3a probado ser ideal para las tareas más e5igentes- /as ,entajas ofrecidas por los motores de H fases inclu+an:  @a2or resolución  @enor ruido ac9stico  @enor resonancia operacional @enor tor*ue de frenado V " pesar de *ue las caracter+sticas de los motores de H fases ofrec+an muc3os beneficios. especialmente en micro paso. el creciente n9mero de conmutaciones de alimentación 2 el cableado adicional re*uerido ten+an un efecto ad,erso en el costo del sistema- Con el a,ance de la electrónica permitiendo circuitos de cada ,e0 ma2or grado de integración 2 ma2ores caracter+sticas. la fábrica 1; Positec ,io una oportunidad 2 tomó la iniciati,a en el terreno desarrollando tecnolog+a de punta en motores por pasos-



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(I)+RA ?#1 ,ECCI&'E, I*+,%RA%I6A, DE *A, *AMI'ACI&'E, @ R&%&RE, PARA M&%&RE, DE 04 7 @ ; (A,E, El motor 5í8rido de 7 fases: " pesar de ser similar en construcción a otros motores por pasos ,er figura N6. la implementación de la tecnolog+a de D fases 3i0o posible *ue el n9mero de fases del motor sean reducidas dejando al n9mero de pares de polos del rotor 2 a la electrónica determinar la resolución pasos por re,olución6-



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(I)+RA #1 C&R%E DE ,ECCI<' DE +' M&%&R P&R PA,&, 5B.RID& 97 (A,E, 4ado *ue la tecnolog+a de D fases 3a sido usada por décadas como un método efecti,o de generación de campos rotati,os. las ,entajas de éste sistema son e,identes en s+- El motor por pasos de D fases fue por lo tanto una progresión natural *ue incorporó todas las mejores caracter+sticas de un sistema de H fases a una significati,a reducción de costo)n problema *ue se nos puede plantear es como saber cual es cada polo de la bobina. 2a *ue los colores no están estandari0ados- "s+ *ue tomamos el tester 2 leemos el ,alor resistencia6 de todos los polos supongamos *ue las bobinas son de Trabajo especial sobre motores eléctricos


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D$ <3m-6. el com9n alimentación6 con cada polo de bobina leerá D$ <3m 2 entre polos de la misma bobina J$ <3m-. por eliminación nos será fácil encontrar los polos de las bobinas- 1i nos e*ui,ocamos no pasa nada. solo *ue el motor no giraráCambiando el orden de dos de los polos de una bobina cambiamos el sentido de giro- El orden para el controlador del Ce?eCé seg9n es*uema )nipolar es: v/ A/ ./ A0 .0 v0 1i el motor solo tiene cinco cables. el com9n de alimentación se puede conectar a cual*uiera de los lados &a2 *ue tener en cuenta *ue los motores unipolares de seis u oc3o 3ilos. pueden 3acerse funcionar como motores bipolares si no se utili0an las tomas centrales. mientras *ue los de cinco 3ilos no podrán usarse jamás como bipolares. por*ue en el interior están conectados los dos cables centralesParámetros de los motores paso a paso 4esde el punto de ,ista mecánico 2 eléctrico. es con,eniente conocer el significado de algunas de las principales caracter+sticas 2 parámetros *ue se definen sobre un motor paso a paso: Par dinámico de tra8ao 9orFing Tor*ue: 4epende de sus caracter+sticas dinámicas 2 es el momento má5imo *ue el motor es capa0 de desarrollar sin perder paso. es decir. sin dejar de responder a alg9n impulso de e5citación del estator 2 dependiendo. e,identemente. de la cargaeneralmente se ofrecen. por parte del fabrican. cur,as denominadas de arran*ue sin error pullin6 2 *ue relaciona el par en función el n9mero de pasos&a2 *ue tener en cuenta *ue. cuando la ,elocidad de giro del motor aumenta. se produce un aumento de la f-c-e-m- en él generada 2. por tanto. una disminución de la corriente absorbida por los bobinados del estator. como consecuencia de todo ello. disminu2e el par motorPar de mantenimiento 9,ol$ing Tor*ue: Es el par re*uerido para des,iar. en régimen de e5citación. un paso el rotor cuando la posición anterior es estable7 es ma2or *ue el par dinámico 2 act9a como freno para mantener el rotor en una posición estable dada Para de detención 9Detención Tor*ue: Es una par de freno *ue siendo propio de los motores de imán permanente. es debida a la acción del rotor cuando los de,anados del estator están desacti,adosAngulo de paso 9,tep angle: 1e define como el a,ance angular *ue se produce en el motor por cada impulso de e5citación- 1e mide en grados. siendo los pasos estándar más importantes los siguientes: )rados por impulso de eGcitación 'H de pasos por vuelta $.!8 H$$ %.N8 $$ D.!H8 QJ !.H8 (N %H8 ( 'mero de pasos por vuelta: Es la cantidad de pasos *ue 3a de efectuar 

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el rotor para reali0ar una re,olución completa7 e,identemente es 4onde 'P es el n9mero de pasos 2 J el ángulo de pasoTrabajo especial sobre motores eléctricos


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(recuencia de paso máGimo 9M)xi'u' (ull-inout: 1e define como el má5imo n9mero de pasos por segundo *ue puede recibir el motor funcionando adecuadamenteMomento de inercia del rotor: Es su momento de inercia asociado *ue se e5presa en gramos por cent+metro cuadradoPar de mantenimiento4 de detención ! dinámico: 4efinidos anteriormente 2 e5presados en mili ?eton por metroC&'%R&* DE *&, M&%&RE, PA,& A PA,& Para reali0ar el control de los motores paso a paso. es necesario generar una secuencia determinada de impulsos- "demás es necesario *ue estos impulsos sean capaces de entregar la corriente necesaria para *ue las bobinas del motor se e5citen. por lo general. el diagrama de blo*ues de un sistema con motores paso a paso es el *ue se muestra en la Figura %$

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(I)+RA /K#1 DIA)RAMA DE .*&3+E, DE +' ,I,%EMA C&' M&%&R PA,& A PA,& ,EC+E'CIA DE* CIRC+I%& DE C&'%R&* E5isten dos formas básicas de 3acer funcional los motores paso a paso atendiendo al a,ance del rotor bajo cada impulso de e5citación: Paso completo full step6: El rotor a,an0a un paso completo por cada pulso de e5citación 2 para ello su secuencia 3a de ser la correspondiente a la e5puesta anteriormente. para un motor como el de la Figura . 2 *ue es presentada de forma resumida en la Tabla % para ambos sentidos de giro. las O indican los interruptores *ue deben estar cerrados interruptores en
Medio paso 9,alf ste(: Con este modo de funcionamiento el rotor a,an0a medio paso por cada pulso de e5citación. presentando como principal ,entaja una ma2or resolución de paso. 2a *ue disminu2e el a,ance angular la mitad *ue en el modo de paso completo6- Para conseguir tal cometido. el modo de e5citación consiste en 3acerlo alternati,amente sobre dos bobinas 2 sobre una sola de ellas. seg9n se muestra en la Tabla  para ambos sentidos de giro



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Paso

E5citación de Bobinas Paso E5citación de Bobinas 1% 1 1D 1( 1% 1 1D 1( % O O % O O  O  O D O O D O O ( O ( O H O O H O O J O J O ! O O ! O O N O N O % O O % O O 1entido 3orario a6 1entido anti 3orario b6 %A.*A 0#1 ,EC+E'CIA DE ELCI%ACI<' DE +' M&%&R PA,& A PA,& E' MEDI& PA,& 1eg9n la Figura  al e5citar dos bobinas consecuti,as del estator simultáneamente. el rotor se alinea con la bisectri0 de ambos campos magnéticos7 cuando desaparece la e5citación de una de ellas. e5tinguiéndose el campo magnético inducido por dic3a bobina. el rotor *ueda bajo la acción del 9nico campo e5istente. dando lugar a un despla0amiento mitad1igamos. por ejemplo. la secuencia presentada en la Tabla : en el paso %. 2 e5citadas las bobinas /% 2 / de la Figura  mediante la acción de 1% 2 1. el rotor se situar+a en la posición indicada en la Figura  a7 en el paso . 1% se abre. con lo *ue solamente permanece e5citada / 2 el rotor girará 3asta alinear su polo sur con el norte generado por /- 1upuesto *ue este motor ten+a un paso de Q$ grados. en este caso sólo 3a a,an0ado (H grados- Posteriormente. 2 en el paso D. se cierra 1D. situación representada en la Figura  b. con lo *ue el rotor 3a ,uelto a a,an0ar otros (H grados- En definiti,a. los despla0amientos. siguiendo dic3a secuencia. son de medio paso/a forma de conseguir estas secuencias puede ser a tra,és de un circuito lógico secuencial. con circuitos especiali0ados o con un micro controlador ?os ,amos a centrar en el control de los motores paso a paso utili0ando el micro controlador P;C%JFN(- "demás como el micro controlador no es capa0 de generar la corriente suficiente para e5citar las bobinas del motor paso a paso se puede utili0ar el integrado /QDEl montaje *ue permite el control de un motor paso a paso es el de la Figura !. en el *ue se 3a reali0ado la cone5ión del motor paso a paso a tra,és de un drier /QD/as l+neas RB$. RB%. RB 2 RBD serán las encargadas de generar la secuencia de acti,ación del motor paso a paso. mientras *ue RB( 2 RBH se ponen siempre a S%U para 3abilitar las entradas de in3ibición de los driers- /as salidas de los driers se conectan a las bobinas del motor para conseguir la corriente necesaria para *ue este se ponga en funcionamiento- Por su parte las entradas R"$R"( se configuran como entrada-



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(igura //#1 ConeGión del motor paso a paso al PIC/=(?- ! al circuito *07 El organigrama del programa es el *ue se muestra en la Figura % 2 el programa correspondiente es paso%-asm *ue se muestra a continuación:



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(I)+RA /0#1 &R)A'I)RAMA DE* PR&)RAMA AP*ICACI&'E, DE *&, M&%&RE, PA,& A PA,&  Ta5+metros 4isWdri,e ;mpresoras PlottersTrabajo especial sobre motores eléctricos


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Responsable: Iván David Colman           


Bra0o 2 Robots completosPatrón mecánico de ,elocidad angularRegistradores OARelojes EléctricosCasetes 4igitalesControl Remoto@á*uinas de escribir electrónicas@anipuladoresPosicionamiento de ,ál,ulas en controles industrialesPosicionamiento de pie0as en generalBombas impelentes en aplicaciones de electro medicina-

CARAC%ERB,%ICA,  /arga ,ida >elocidad de respuesta ele,ada X%ms6 Posicionamiento dinámico preciso Re iniciali0ación a una posición prestablecida Frecuencia de trabajo ,ariable Funcionamiento sincrónico bidireccional 1incronismo unidireccional en régimen de sobre ,elocidad Carencia de escobillas ;nsensibilidad al c3o*ue en régimen dinámico. a la regulación de la fuente de alimentación-



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Motores de corriente contina /as má*uinas de corriente continua fueron las primeras *ue se constru2eron "ctualmente tienden a utili0arse poco como generador. puesto *ue se sustitu2e por las de corriente alterna- Como motor tiene grandes incon,enientes: son más caros. tienen problemas de mantenimiento. técnicos--- Istos se utili0an en siderurgia. en tracción eléctrica de tra2ectos cortos--/as má*uinas de corriente continua son re,ersibles. es decir. la misma má*uina puede trabajar como generador o como motor/a corriente continua presenta grandes ,entajas. entre las cuales está su capacidad para ser almacenada de una forma relati,amente sencilla- Esto. junto a una serie de caracter+sticas peculiares de los motores de corriente continua. 2 de aplicaciones de procesos electrol+ticos. tracción eléctrica. entre otros. 3acen *ue e5isten di,ersas instalaciones *ue trabajan basándose en la corriente continua/os generadores de corriente continua son las mismas má*uinas *ue transforman la energ+a mecánica en eléctrica- ?o e5iste diferencia real entre un generador 2 un motor. a e5cepción del sentido de flujo de potencia- /os generadores se clasifican de acuerdo con la forma en *ue se pro,ee el flujo de campo. 2 éstos son de e5citación independiente. deri,ación. serie. e5citación compuesta acumulati,a 2 compuesta diferencial. 2 además difieren de sus caracter+sticas terminales ,oltaje. corriente6 2 por lo tanto en el tipo de utili0ación/as má*uinas de corriente continua son generadores *ue con,ierten energ+a mecánica en energ+a eléctrica de corriente continua. 2 motores *ue con,ierten energ+a eléctrica de corriente continua en energ+a mecánica /a ma2or+a las má*uinas de corriente continua son semejantes a las má*uinas de corriente alterna 2a *ue en su interior tienen corrientes 2 ,oltajes de corriente alterna- /as má*uinas de corriente continua tienen corriente continua sólo en su circuito e5terior debido a la e5istencia de un mecanismo *ue con,ierte los ,oltajes internos de corriente alterna en ,oltajes corriente continua en los t erminalesEste mecanismo se llama colector. 2 por ello las má*uinas de corriente continua se conocen también como má*uinas con colector Partes 8ásicas de una má"uina de corriente continua

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Estator: Parte fija formada por polos salientes 2 culataInductor: 4e,anado formado por bobinas situadas alrededor del n9cleo de los polos principales- *ue al ser recorridos por la corriente de e5citación crea el campo magnético inductorRotor: Parte mó,il *ue gira alrededor del eje-



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Responsable: Iván David Colman  

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Entreierro: 4istancia entre los polos principales 2 el rotorInducido: 4e,anado situado en las ranuras del rotor 2 *ue por la influencia del campo eléctrico. es objeto de fuer0as electromotrices inducidas 2 de fuer0as mecánicasNonas neutras: Puntos del inducido en los *ue el campo es nuloColector: Cilindro formado por delgas de cobre endurecido separadas por aislante. conectadas al inducido 2 giran conjuntamente con élEsco8illas: Pie0as conductoras metalográficas resistentes al ro0amiento *ue estando fijas frotan con el colector mó,il conectando el inducido con el e5terior. al tiempo *ue pro,oca la conmutación para *ue trabaje con corriente continuaPolos auGiliares: Polos salientes situados entre los polos principales- cu2o arrollamiento está conectado en serie con el inducido de forma *ue al crear un campo contrario al de reacción del inducido e,ita sus problemas 2 pro,oca una buena conmutación sin c3ispas-

(uncionamiento )na ma*uina de corriente continua es una ma*uina re,ersible es decir funciona como generador 2 como motor dependiendo de *ue configuración se necesiteF)?C;- En algunas má*uinas más modernas esta in,ersión se reali0a usando aparatos de potencia electrónica. como por ejemplo rectificadores de diodo-



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R"?)R"1 P"R" /" >E?T;/"C;? 4E/ R
4E>"?"4< 4E "?;//< Devanados mltiples o im8ricados: En la figuran abajo muestra una bobina de de,anado imbricado en la *ue los conductores *ue se ,en del lado i0*uierdo están en el lado superior de la ranura de rotor7 los del lado derec3o están en la mitad inferior de otra ranura apro5imadamente a un paso polar de distancia- En cual*uier instante. los lados están bajo polos ad2acentes 2 los ,oltajes *ue se inducen en los dos lados son aditi,os-
B"?"4< ;@BR;C"4< Casi todas las má*uinas de cd medianas 2 grandes utili0an de,anados imbricados simple5. en los *ue el n9mero de tra2ectorias en paralelo en el de,anado de la armadura es igual al n9mero de polos principales- Esto permite *ue la corriente por Trabajo especial sobre motores eléctricos


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tra2ectoria sea lo suficientemente baja para admitir conductores de medidas ra0onables en las bobinas-

4E>"?"4< 1;@P/EO ;@BR;C"4< Devanados de dos circuitos u ondulados: Es un de,anado *ue presenta sólo dos tra2ectorias paralelas entre las terminales positi,a 2 negati,a. por lo *ue sólo se re*uieren dos juegos de carbones- Cada carbón pone en cortocircuito p' bobinas en serie7 puesto *ue los puntos a. b 2 c están al mismo potencial 2 también los puntos d. e 2 f6. los carbones pueden locali0arse en cada uno de estos puntos para permitir un conmutador de sólo un tercio de largoEl de,anado debe a,an0ar o retroceder una barra de conmutador cada ,e0 *ue pase alrededor de la armadura para *ue sea cerrado sencillo- Por lo tanto. el n9mero de barras debe ser igual a  !pl 6 Y %. en donde ! es un n9mero entero 2 p es el n9mero de polos- El de,anado no necesita igualadores por*ue todos los conductores pasan bajo todos los polos-

4E>"?"4< PR<RE1;>< 4E 4<1 C;RC);T<1 Diseo de armadura 6elocidades de rotor# /as normas enumeran las ,elocidades de generadores de cd tan altas como sea ra0onable para reducir su tama#o 2 costo- /as ,elocidades pueden ser limitadas por la conmutación. ,olts má5imos por barra. o las ,elocidades periféricas del rotor o conmutador- /os conmutadores de generadores raras ,eces rebasan los H$$$ ft'min. aun cuando los conmutadores de los motores pueden e5ceder de !H$$ ft'min a altas ,elocidades7 los rotores de generadores raras ,eces sobrepasan los QH$$ ft'min-



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El colector suspendido o de mem8rana4 se utili0a en má*uinas de mu2 altas re,oluciones. por ejemplo. en turbogeneradores o má*uinas de ,ai,én- El cuerpo anular. *ue es sostenido radialmente con anillos de contracción. ,a fijado en el lado del de,anado a un anillo soporte prensado al eje. mientras *ue el otro lado es guiado por un disco elástico membrana6 apo2ado sobre el eje- Este permite una dilatación a5ial del colector. 2 reduce con ello la solicitación por efectos mecánicos 2 térmicosEste tipo de construcción es efecti,amente cara. pero satisface cual*uier e5igencia especial en relación con la resistenciaEl colector cónico surgió con moti,o de la e5igencia de un diámetro grande del eje 2 un diámetro pe*ue#o del colector para ,elocidad periférica má5ima- El cuerpo anular tiene en ambos e5tremos un taladro cónico- 1e le soporta en sentido radial mediante anillos de contracción. en el lado del de,anado se apo2a en el eje cónico 2 se retiene con un anillo cónicoEl colector de material prensado posee un cuerpo soporte de conglomerado de resina sintética. en el *ue se funde el cuerpo formado por las delgas- /os su plementos pre,istos en el canto interior de las delgas de cobre aseguran la unión con el material prensado- )n cas*uillo de acero incrustado ofrece una transmisión directa de todo el colector con el eje- El colector de material prensado se utili0a fundamentalmente en pe*ue#as má*uinas 3asta un diámetro de colector de $$ mmCar8ones ! porta car8ones# Estas pie0as se seleccionan de dise#os disponibles para limitar la densidad de corriente de carbones entre J$ 2 !$ "'in a plena carga. para obtener la distancia de guarda indi,idual necesaria. 2 para obtener un calentamiento aceptable del conmutadorEsco8illa de car8ón 9o simplemente car8ones: Estas pie0as se desli0an sobre las barras del conmutador 2 lle,an la corriente de carga de las bobinas del rotor al circuito e5terno- /os porta carbones sujetan los carbones contra la superficie del conmutador mediante resortes. para mantener una presión ra0onablemente constante 2 *ue se deslicen de modo uniformeAislamiento de los devanados Elevaciones permisi8les de temperatura media: /as ele,aciones permisibles en la temperatura de las partes están limitadas por la temperatura má5ima de lugar caliente *ue el aislamiento puede resistir 2 a9n tener ,ida 9til ra0onable- /as temperaturas má5imas superficiales están fijadas por el gradiente de temperatura por el aislamiento desde el lugar caliente 3asta la superficie/as normas de aislamiento del ;EEE 3an establecido las temperaturas de l+mite para lugar caliente para sistemas de aislamiento- /a norma CH$-( del "merican ?ational 1tandards ;nstitute para má*uinas de cd enumera los gradientes t+picos para esos sistemas e indica calentamientos aceptables de superficies 2 de promedio de cobre arriba de las temperaturas especificadas. para di,ersos recintos en má*uinas 2 ciclos de trabajo- /os ,alores t+picos son ele,aciones de ($8C para sistemas Clase ". J$8C para Clase B 2 N$8C para Clase F en bobinas de armadura- Por lo general. los sistemas Clase & contienen siliconas 2 raras ,eces se usan en má*uinas de cd de tama#o mediano 2 grande- /os ,apores de siliconas pueden ocasionar un desgaste mu2 acelerado en los carbones del conmutador e intenso c3isporroteo. en particular en má*uinas cerradasReacción de inducido



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Cuando el dinamo está en carga el flujo del inductor se distorsiona debido al flujo magnético creado por la corriente del inducido. el cual es perpendicular al flujo magnético principal creado por los polos inductores

"un*ue aparentemente el flujo principal no ,ar+a. pues se reduce en los cuernos de entrada pero aumenta en los cuernos de salida. e realidad el flujo principal disminu2e pues la distorsión de del mismo aumenta su recorrido. es decir su reluctancia magnética. se crea saturación de los cuernos polares 2 además aumentan las fugas magnéticas. coad2ugando todo ello en la disminución de 2 disminu2endo por tanto la fem en carga Ec respecto a la fem en ,ac+o E>- Este fenómeno se conoce con el nombre de reacción magnética en el inducido-

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C"@P< @"?IT;C< RE1)/T"?TE Como obser,amos en esta figura la corriente en el inducido pro,oca un cambio de magnitud 2 dirección del campo lo *ue conlle,a a la consecuencia de *ue la l+nea neutra l+nea *ue une los conductores *ue no producen fem6 en carga. adelanta respecto del sentido de giro un ángulo a. tomada como referencia la l+nea neutra en ,ac+o:

4E1>;"C;? 4E /" /?E" ?E)TR"Inconvenientes de la reacción del inducido#  4isminu2e la fem en carga Ec 4isminu2e indirectamente el rendimiento pues se 3a de aumentar la corriente de e5citación para compensar el efecto anterior. disminu2e el rendimiento6 Crea peligro de c3ispas en el colector  "umenta las dificultades para reali0ar una buena conmutación 4eformación del campo magnético en la má*uina. lo *ue da origen al despla0amiento de la l+nea teórica "umento considerable de las pérdidas en el 3ierro al e5istir una ma2or densidad de flujo 4isminución del flujo 9til originando una menor fem inducidaConmutación Trabajo especial sobre motores eléctricos


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El proceso de conmutación no es tan simple 2a *ue se debe reali0ar un e53austi,o dise#o para lograr la menor pérdida posibleEl problema de la conmutación es originado cuando fruto del despla0amiento del rotor. las escobillas *uedan pisando diferentes delgas. por lo *ue se puede dar el caso de *ue la escobilla pise una delga al inicio al final o pise dos delgas a la ,e0Esto produce picos en la conmutación pro,ocando:  Pérdidas de potencia eneración de ,oltajes / di'dt Reduce el funcionamiento de la má*uinaPosi8les soluciones: Devanados de compensación: Para eliminar el debilitamiento del flujo. se desarrolló una técnica diferente *ue inclu2e la disposición de de,anados de compensación en ranuras labradas en las caras de los polos paralelos a los conductores del rotor para cancelar el efecto de distorsión de la reacción del inducido- Estos de,anados están conectados en serie con los de,anados del rotor. de modo *ue cuando cambia la carga en el rotor. cambia también la comente en los de,anados de compensación- Como se muestra en la figura: /a figura muestra un desarrollo más cuidadoso del efecto de los de,anados de compensación en una má*uina de- ?ótese *ue la fuer0a magneto motri0 debida a los de,anados de compensación es igual 2 opuesta a la fuer0a magneto motri0 debida al rotor cada punto situado bajo las caras polares- /a fuer0a magneto motri0 neta resultante es causada por los polos. de modo *ue el flujo en la má*uina no se modifica. independientemente de la carga-

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monografia de motores.doc

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