UNIDAD 2
MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA.
2.1 GENERALIDADES DEL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA. Un motor de corriente directa tiene la misma estructura que un generador de corriente directa; directa; en este este caso se utiliza una una fuerza eléctrica eléctrica para transformar transformar a energía mecánica. Desde hace muchos años los motores de cd se han utilizado para muchas aplicaciones industriales. La prec precis isió ión n en su cont contro roll de velo veloci cida dad d hace hace indi indisp spen ensa sal le e en much muchas as aplicaciones. !u principio de funcionamiento se asa en la aplicación de diferentes le"es tales como la le" de inducción electromagnética de farada"# le" de Lenz " la le" de ampere. $l motor de cd tiene tamién dos circuitos principales para su funcionamiento% el circuito de campo o estator " el circuito de la armadura o rotor. $l volta&e es suministrado ala armadura de las escoillas " el conmutador. $l giro o rotación de un motor de cd oedece ala interacción de los dos circuitos
'agnéticos que tiene# es decir al campo magnético del estator. $l cual puede ser producido por imanes permanentes o por devanado de campo " el camp campo o magn magnét étic ico o de la arma armadu dura ra## el cual cual es prod produc ucid ido o por por la corr corrie ient nte e resultante al aplicar una tención a través de las escoillas " el conmutador.
2.1 GENERALIDADES DEL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA. Un motor de corriente directa tiene la misma estructura que un generador de corriente directa; directa; en este este caso se utiliza una una fuerza eléctrica eléctrica para transformar transformar a energía mecánica. Desde hace muchos años los motores de cd se han utilizado para muchas aplicaciones industriales. La prec precis isió ión n en su cont contro roll de velo veloci cida dad d hace hace indi indisp spen ensa sal le e en much muchas as aplicaciones. !u principio de funcionamiento se asa en la aplicación de diferentes le"es tales como la le" de inducción electromagnética de farada"# le" de Lenz " la le" de ampere. $l motor de cd tiene tamién dos circuitos principales para su funcionamiento% el circuito de campo o estator " el circuito de la armadura o rotor. $l volta&e es suministrado ala armadura de las escoillas " el conmutador. $l giro o rotación de un motor de cd oedece ala interacción de los dos circuitos
'agnéticos que tiene# es decir al campo magnético del estator. $l cual puede ser producido por imanes permanentes o por devanado de campo " el camp campo o magn magnét étic ico o de la arma armadu dura ra## el cual cual es prod produc ucid ido o por por la corr corrie ient nte e resultante al aplicar una tención a través de las escoillas " el conmutador.
La regla de la mano derecha para motores muestra la relación entre el devanado de campo " el devanado de la armadura que son los dos circuitos principales del motor# determinando la dirección de rotación o giro del conductor o armadura.
Características del motor de cd como medios de producción del par electromagnétic electromagnético o
1.- el par electromagnético electromagnético !e "e #e"arrolla #e"arrolla pro#!ce $o a%!#a& a %!#a& a la rotaci'n 2.- El (olta)e !e "e genera en lo" con#!ctore" porta#ore" #e corriente* !e e" la +!er,a contra electromotri,* "e opone a la corriente #e la arma#!ra $le% #e Len,&. .- Se p!#e epre"ar la +!er,a contra electromotri, me#iante la ec!aci'n/ Ec =V a− I a Ra
2.2 DESCRI0CIN DE LA RELACIN ENTRE 0AR 34ER5A Los términos fuerza " par electromagnéticos# son mu" comunes en el estudio de maquinas eléctricas# sin emargo no tienen el mismo significado. $l par# tamién conocido como momento de torsión# se define como la tendencia de una fuerza " su distancia radial al e&e de rotación a provocar un giro# no dee ser confundido con traa&o# sus unidades son fuerza por longitud# el par producido por la maquina es el producto producto del flu&o "la corriente corriente en la maquina multiplicado multiplicado por una constante que representa la construcción mecánica de la maquina.
(sí la fuerza electromagnética producida en un conductor dado de armadura portado de corriente queda definido como )*+,l donde% +* campo magnético ,* intensidad de corriente L* longitud del conductor - el par electromagnético desarrollado por cualquier conductor en la superficie de la armadura% τ rF sin θ =
Donde% r*distancia radial al e&e de rotación F *fuerza por conductor θ * ángulo entre
r y F
2. AN6LISIS DE LA 34ER5A CONTRA ELECTROMOTRI5 N EL MOTOR. $n un motor de corriente directa# los conductores de la armadura cortan las líneas de flu&o del campo magnético cuando esto sucede el volta&e inducido en el conductor siempre es opuesto al volta&e aplicado ala maquina. or lo tanto el
volta&e inducido se encuentra en oposición al volta&e aplicado# a este fenómeno se le conoce como fuerza contra electromotriz /fcem0. La fcem reduce el volta&e resultante en la armadura sin emargo nunca podrá ser igual al volta&e aplicado en las terminales de la armadura# sin emargo tiene una función importante en el funcionamiento del motor deido a que nos permite limitar la corriente en la armadura de la maquina. La magnitud del volta&e inducido se dee a varios factores en los cuales están% • • • •
1umero de vueltas en el devanado de campo 1umero de vueltas de la oina de armadura Densidad de flu&o 2elocidad con la que se cortan las líneas de flu&o.
2.7 EST4DIO ENTRE LA RELACIN 0AR 8ELOCIDAD. $ste fenómeno esta relacionado con el tipo de e3citación del motor# al igual que ocurrió con el generador el motor de cd puede e3citarse de diferentes formas# las cuales dan características propias n cuanto a su velocidad " par.
$n el punto de equilirio el par producido por el motor es igual al par requerido por la carga# manteniendo una velocidad constante. !i el motor es frenado por la carga# el par del motor es superior al par demandado por la crga. $l motor acelerará regresando al punto de equilirio. !i la carga disminu"e " aumenta la velocidad del motor hasta arriar al punto de equilirio# el par del motor es menor al par de la carga requerido# el motor desacelerara hasta llegar al punto de equilirio.
2.9 AN6LISIS DE LAS CARACTER:STICAS O0ERATI8AS DEL MOTOR. Los motores de corriente directa se clasifican de acuerdo ala forma en que se conectan sus devanados de campo con la fuente de e3citación. $3isten 4 tipos de motores de cd de uso general% 5. 6. 7. 8.
De e3citación independiente $n derivación de imán permanente $n serie 9ompuesto
4. $n derivación
Motor de cd en excitación serie $n este tipo de motores el devanado de campo es conectado en serie con e devanada de la armadura; el calire del alamre del devanado de campo serie es grande deido a que tiene que soportar la corriente demandada por la armadura# al ser de calire ma"or solo necesita unas cuantas vueltas.
:ienen como característica principal que desarrollan un gran par de arranque# in emargo su velocidad varia constantemente a plena carga " al vacio. !e sugiere conectarlo con carga aunque esta sea pequeña# deido aunque pueden desocarse si se traa&an sin carga por la variación de velocidad.
or lo tanto este tipo de motores no se recomienda utilizar cuando se requiere velocidad constante ante una variación de la carga.
Motor de cd con excitación en derivación. :amién conocidos como motor shunt# el devanado de campo es conectado en para lelo con el devanado de a armadura. $ste tipo de motor ofrece una uena regulación de la velocidad# siendo eta su principal característica. $l devanado de campo puede ser de e3citación independiente o conectarse ala misma fuente de volta&e que e3cita ala armadura.
$n este tipo de motor cuando se le aplica una carga repentina en el e&e la pequeña corriente sin carga no es suficiente para producir un par suficiente para soportarlo " como consecuencia el motor tiende a desacelerar. Lo cual provoca que la fcem disminu"a dado como resultado una corriente ma"or " un par tamién más alto# cuando el par del motor es igual al par demandado por la carga# la velocidad permanece constante.
Motor con excitación compuesta. $ste tipo de motores tiene conectada la oina de campo en serie " el devanado de campo shunt con e3citación independiente. $l devanado serie provee al motor un uen par de arranque mientras que el devanado shunt en derivación le permite una uen regulación de la velocidad. $l devanado en serie se puede conectar de tal forma que el flu&o producido apo"e al flu&o estalecido por la oina de campo shunt constitu"endo lo que se conoce como motor compuesto acumulativo. 9uando el devanado de campo en serie produce un flu&o que se opone al flu&o de la oina del campo shunt# el motor se conoce como motor compuesto diferencial. :amién es conveniente recordar que este tipo de motores se pueden conectar en derivación larga o derivación corta segn donde se conecte la rama de derivación.
2.; REG4LACIN DE LA 8ELOCIDAD DEL MOTOR La regulación de la velocidad de un motor es medida del camio de velocidad dese su operación en vacio hasta su operación a plena carga# e3presada generalmente en porciento de la velocidad correspondiente ala carga nominal%
RV
nsc n pc −
=
nsc
x 100
Donde% n sc
* velocidad sin carga
n pc
*vlocidad aplena carga
La regulación en un motor serie es mu" mala deido a que en el vacío su velocidad se incrementa al infinito# llegando a autodestruirse. Una forma de regular la velocidad consiste en insertar una resistencia eterna en serie con l circuito del motor# sin emargo este método resulta un gran desperdicio de potencia " solo es utilizado en el arranque de algunos motores.
La velocidad en los motores en derivación se puede considerar como constante al funcionar sin carga " pasar a plena carga por lo cual se deduce que la regulación en este tipo de velocidad es uena.
$n los motores de e3citación compuesta la oina puede conectarse con una polaridad tal que el flu&o magnético producido se sume o reste al flu&o producido por el campo de la oina en derivación la regulación de velocidad no es la misma en cada caso. ara un motor compuesto acumulativo la regulación de velocidad es menos uena que la de motor en derivación aunque a diferencia del motor serie este motor no se deoca cuando se elimina carga. $l motor compuesto diferencial tiene una regulación negativa de velocidad deido a su inestailidad ante la carga. (demás e3iste la posiilidad de que este motor alcance una velocidad peligrosa al aumentar esta.
2.7 EFECTO DE! "E!C#$% DE !"M!D&"! 'O("E E F&)O DE C!M*O. La relación de armadura no es otra cosa que el efecto de la fmm de la armadura sore la distriución del campo. $sto acurre deido a que la corriente que flu"e en el devanado de armadura crean una fuerza magnetomotriz que distorsiona " deilita el flu&o proveniente de los polos. La figura muestra como cuando un motor un motor funciona en el vacio la pequeña corriente que flu"e no afecta de manera significativa el flu&o =5 proveniente de los polos. !in emargo cuando la armadura transporta su corriente nominal produce una fmm# la cual si actuara sola# produciría un flu&o =6.
!i superponemos los flu&os =5 " =6 encontramos el flu&o resultante =7. $n donde la densidad de flu&o aumenta dea&o de la mitad izquierda del polo " disminu"e en la mitad derecha.
$sta distriución del flu&o resultante provoca dos grandes efectos en la maquina%
5. $l plano neutro se desplaza hacia la izquierda# provocando chisporroteo en las escoillas# lo cual indica una deficiente conmutación. 6. (l ser ma"or la densidad del flu&o (# provoca saturación. $n maquinas de gran capacidad esto puede provocar un funcionamiento inestale. (l poner un motor de cd no importa el tipo de e3citación que tenga el efecto de la reacción de la armadura es reducir el flu&o del entrehierro "# dependiendo del grado de saturación aumentara la velocidad en la maquina.
2.< AN6LISIS 0ARA LA COM0ENSACIN DE LA REACCIN DE ARMAD4RA. $3isten varios métodos por los cuales se atena el efecto de reacción de armadura "a que no se elimina entre los cuales se analizaran%
Despla+amiento de las esco,illas. $ste método consiste como lo dice su nomre en desplazar las escoillas moviéndolas de posición neutra sin carga /e&e neutro geométrico0 para que cuando el motor entre en operación " al desplazarse el plano neutro se compense por el adelante que previamente se le hizo alas escoillas. $sta medida es la menos cara# sin emargo solo resulta conveniente cuando la maquina se opera con carga constante.
*olos o interpolos de conmutación. $ste método consiste en la utilización de polos estrechos denominados interpolos o polos de conmutación# estos se colocan en la región interpolar centrados a lo largo del e&e neutro de la maquina Los devanados interpolares se conectan en serie con el devanado de la armadura para ofrecer ma"or efectividad en condiciones de carga variale.
Devanados de compensación. $n este método se colocan unos devanados de compensación en serie con la oina de la armadura. $stán colocados en las armaduras poco profundad cortada en las caras de los polos del campo principal. (l igual que los interpolos# estos devanados producen un flu&o igual " opuesto al que estalece la fmm de la armadura. 9on este tipo de devanados la distriución de campo permanece sin distorsión al pasar la maquina del funcionamiento en vacio a plena carga.
2.E'T&D#O DE EFECTO DE ! "E!CC#$% DE #%D&C#DO 'O("E ! "E&!C#$% DE /EOC#D!D. $s el efecto de la fuerza magnetomotriz por los conductores en el devanado del inducido al reducir o distorsionar el flu&o mutuo en el entrehierro resultado de la interacción con los devanados de campo con e3citación serie " o shunt. (l aumentar la carga en cualquier tipo de motor de corriente directa# el efecto de la reacción del inducido será deilitar las líneas de flu&o en un e3tremo de los polos " saturarlo en el otro e3tremo# dependiendo de esta saturación se tendrá como consecuencia una inestailidad en la maquina aumentando su velocidad. Una análisis de las curvas velocidad>carga para cada tipo de motor demuestra que la regulación de velocidad me&or ligeramente deido a este efecto si no llegase a ser tan pronunciado que pudiera provocar una regulación negativa de velocidad
ARRAN=4E 0ARA MOTORES DE CD.
Arran!e #e !n motor en Deri(aci'n Si aplicamos un voltaje completo a un motor en derivación estacionario, la corriente de arranque en la armadura será muy alta y corremos el riesgo de a. Quemar la armadura; b. Dañar el conmutador y las escobillas, a causa de la intensa producción de chispas; c. Sobrecargar el alimentador; d. omper el eje a causa de un choque mecánico; e. Dañar el equipo impulsado por causa del repentino golpe mecánico. !or lo tanto, todos los motores de cd deben tener una "orma de limitar la corriente de arranque a valores ra#onables, por lo general entre $.% y dos veces la corriente a plena carga. &na solución es conectar un reóstato en serie a la armadura. 'a resistencia se reduce gradualmente a medida que el motor se acelera, y desaparece por completo cuando la máquina alcan#a su velocidad tope. (oy en d)a, con "recuencia se utili#an m*todos electrónicos para limitar la corriente de arranque y para controlar la velocidad.
Arranca#or #e re'"tato man!al 'a +gura %.$ muestra el diagrama esquemático de un arrancador de reóstato manual de un motor en derivación. -ambi*n podemos ver contactos de cobre descubiertos conectados a los resistores limitadores de corriente l bra#o conductor $ pasa a trav*s de los contactos cuando es jalado hacia la derecha por medio de una manija aislada /. n la posición mostrada, el bra#o toca el contacto de cobre 0 sin corriente y el circuito del motor está abierto. 1on"orme se mueve la manija a la derecha, el bra#o conductor toca primero el contacto +jo 2. $ l voltaje de suministro hace que 3uya inmediatamente toda la corriente de campo , pero la corriente I en la armadura es limitada por los cuatro resistores de la caja de arranque. l motor comien#a a girar y, a medida
que se incrementa la "cem Eo4, la corriente en la armadura disminuye gradualmente. 1uando la velocidad del motor ya no aumenta, el bra#o es jalado al siguiente contacto, con lo que se elimina el resistor del circuito de la armadura. 'a corriente salta de inmediato a un valor más alto y el motor se acelera con rapide# a la siguiente velocidad más alta. 1uando la velocidad se nivela de nuevo, nos movemos al siguiente contacto, y as) sucesivamente, hasta que +nalmente el bra#o toca el 5ltimo contacto. l bra#o es magn*ticamente mantenido en esta posición mediante un pequeño electroimán 4, el cual está en serie con el campo en derivación. Si el voltaje de suministro se interrumpe de repente, o si la e4citación del campo se interrumpe por accidente, el electroimán libera el bra#o y permite que regrese a su posición muerta, por el tirón del resorte 3. sta caracter)stica de seguridad evita que el motor vuelva a arrancar inesperadamente cuando el voltaje de suministro se restablece.
Conexiones de arrancadores para motores derivacin! serie " comp#estos! en $orma es%#em&tica.
COM0ARACIN DE LAS DI3ERENTES C4R8AS DE 4N MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA.
Comparacin de 'as c#rvas par(car)a en 'os motores de cd.
Comparacin de c#rvas caracter*sticas ve'ocidad(car)a en 'os motores de cd.
Comparacin de c#rvas caracter*sticas par(car)a en 'os motores de cd.
Comparacin de c#rvas caracter*sticas ve'ocidad(car)a en 'os motores de cd.
Comparacin de c#rvas caracter*sticas ve'ocidad(torsin de #n motor de Cd
