MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA
La construcción de un motor de cd es similar a la de un generador de cd por tratarse de la misma máquina. Su prin princi cipi pio o de func funcio iona nami mien entto se basa basa en la apli aplica caci ción ón de diferentes leyes tales como la ley de inducción electromagnética de Faraday, ley de Lenz y la ley de Ampere.
La construcción de un motor de cd es similar a la de un generador de cd por tratarse de la misma máquina. Su prin princi cipi pio o de func funcio iona nami mien entto se basa basa en la apli aplica caci ción ón de diferentes leyes tales como la ley de inducción electromagnética de Faraday, ley de Lenz y la ley de Ampere.
El giro o rotación de un motor de cd obedece a la interacción de los los dos dos cir circui cuitos mag magnéti néticcos que que tien tiene, e, es deci decirr al campo ampo magnético del estator y al campo magnético de la armadura.
La “Ley de la Fuerza de Lorentz” se puede demostrar empleando la “Regla de la mano izquierda” En En esta ilustración se puede observar el dedo índice de índice de la mano izquierda señalando en la dirección que tienen las líneas de flujo magnético. “ ” de del imán perm perman anen ente te (del (del polo polo nort nortee al polo polo sur), el dedo medio señal señalan ando do el sentido de circulación de la corriente eléctrica “I a. a. través del cable conductor creando un campo elec electr trom omag agné néti ticco a su alre alrede dedo dorr y, finalmente, el dedo dedo pu pulg lgar ar señalando en la. dirección ión “F” en la la que se se moverá el cable cuan uando su campo elec electr trom omag agné néti ticco inte interractú actúee con con el campo magnético del imán permanente.
DESCRIPCIÓN DE LA RELACIÓN ENTRE PAR Y FUERZA Una bobina de una sola espira montada sobre una estructura que que le perm permiita mov moverse erse,, condu onducce corri orrien entte en un campo ampo magnét magnétic ico o . Se produc produce e una fuerz fuerzaa f 1 en el lado 1 de la bobina, lo mismo ocurre en el lado 2 de la bobina desarrollándose una fuerza f 2.
El par, también conocido como momento de torsión, se define como la tendencia de una fuerza y su distancia radial al eje de rotación a provocar un giro. La fuerza electromagnética producida en un conductor dado de armadura portador de corriente queda definido por:
El par electromagnético desarrollado por cualquier conductor es en la superficie de la armadura es:
VOLTAJE INDUCIDO EN UNA ESPIRA GIRATORIA Cuando un conductor se mueve y corta las líneas de campo magnético, de acuerdo con la ley de Faraday se induce un voltaje en el conductor. En un motor de cd, los conductores de la armadura cortan las líneas de flujo del campo magnético. El voltaje inducido en el conductor siempre es opuesto al voltaje aplicado a la máquina, a este fenomeno se le conoce como fuerza contra electromotriz (fcem). La fcem tiene una función importante en el funcionamiento del motor debido a que nos permite limitar la corriente en la armadura de la máquina.
La magnitud del voltaje inducido depende de: •
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Número de vueltas en el devanado de campo. Número de vueltas de la bobina de armadura. Densidad de flujo. Velocidad con la que se cortan las líneas de flujo.
TIPOS DE MOTORES DE CD •
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Motor de cd de excitación independiente Motor de cd en derivación. Motor de cd de imán permanente Motor de cd en serie. Motor de cd compuesto.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR DE CD
El voltaje interno generado (fcem) es: E A
k w
El par inducido desarrollado por la máquina es: ind
k I A
MOTORES DE CD DE EXCITACIÓN SEPARADA
MOTOR DE CD CON EXCITACIÓN EN DERIVACIÓN
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR DE CD EN DERIVACIÓN
CURVA CARACTERÍSTICA TÍPICA DE PAR – VELOCIDAD
MOTOR DE CD DE IMAN PERMANENTE Para ciertas aplicaciones estos motores ofrecen ciertas ventajas en comparación con los motores de cd en derivación. Son especialmente comunes en tamaños pequeños.
MOTOR DE CD EN SERIE En este tipo de motor el devanado de campo es conectado en serie con el devanado de la armadura. El calibre del alambre del devanado de campo serie es grande debido a que tiene que soportar la coriente demandada por la armadura.
Tienen como característica principal que desarrollan un gran par de arranque, sin embargo su velocidad varía considerablemente cuando se operan a plena carga y en vacío, llegando incluso a desbocarse si se trabajará sin carga, provocando con ello la destrucción del mismo. CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR DE CD EN SERIE
PAR INDICIDO EN UN MOTOR DE CD EN SERIE
El par inducido esta dado por: ind
K I A
El flujo en la máquina es directamente proporcional a la corriente del inducido
cI A
Donde c es una constante de proporcionalidad ind
K I A
2
KcI A
Como resultado de esta relación, está claro que un motor serie proporciona más par por ampere.
CURVA CARACTERÍSTICA TÍPICA DE PAR – VELOCIDAD Y PAR – CVORRIENTE DE UN MOTOR SERIE
MOTOR DE CD COMPUESTO Este tipo de motor tiene conectada la bobina de campo serie y el devanado de campo shunt con excitación independiente. El devanado serie provee al motor un buen par de arranque mientras el devanado en derivación le permite una muy buena regulación de velocidad. El devanado de campo serie se puede conectar de forma tal que el flujo producido apoye al flujo establecido por la bobina de campo shunt constituyendo lo que se conoce como motor compuesto acumulativo
Cuando el devanado de campo serie produce un flujo que se opone al flujo de la bobina de campo shunt, el motor se conoce como motor compuesto diferencial. Este tipo de motor se puede conectar en derivación corta o derivación larga.
La ley de voltaje de Kirchhoff para un motor de cd compuesto es
VT EA I A RA Rs
Las corrientes en el motor están relacinadas por I A I L I F I F
V T R F
La fuerza magnetomotriz neta es net F SE AR
Donde el signo positivo en la ecuación está asociado con un motor co mpuesto acumulativo y el signo negativo está asociado con un motor compuesto diferencial
CARACTERÍSTICA PAR – VELOCIDAD DE UN MOTOR DE CD COMPUESTO ACUMULATIVO El motor de cd compuesto acumulativo combina las mejores características tanto del motor en derivación como del motor en serie. Al igual que un motor en serie, tiene un par extra para el arranque; al igual que un motor en derivación, no se desboca en vacío.
CONMUTADOR
ESCOBILLAS
ARMADURA
RODAMIENTOS
MANTENIMIENTO A MOTORES DE CD Porta escobillas Comprobar la libre circulación de las escobillas pero sin grandes holguras para evitar chispazos. Controlar la distancia entre el porta escobillas y el conmutador sea la que indica el fabricante, que suele ser igual o un poco menor a 2 mm.
Escobillas Comprobar desgaste de las escobillas cambiándolas al llegar a la marca de mínimo que hay en la misma escobilla. Respetar características de las escobillas que pone el fabricante y no mezclar diferentes tipos de escobillas en uso. La cantidad de escobillas y características de las escobillas montadas por el fabricante se han tomado a partir de la potencia exigida a la máquina, al variar esta potencia de trabajo continuo se debe adecuar la cantidad o características de las escobillas a las nuevas circunstancias de trabajo para evitar desgastes prematuros de las escobillas o incluso daños en el motor.
Conmutador Es importante que el conmutador esté en buenas condiciones de trabajo teniendo que evitar grasas o aceites en la superficie del conmutador y vigilando la humedad excesiva. Los desgastes del conmutador se deben controlar, vigilando el desgaste entre la zona de paso de las escobillas y la zona por donde no pasa, teniendo que controlar el desgaste máximo y que no se haya ovalado el conmutador teniendo los valores marcados por el fabricante como referencia.
Rodamientos Los rodamientos se les debe controlar la temperatura evitando que exceda del valor indicado por el fabricante. Para alargar la vida útil de los cojinetes se debe lubricar correctamente en la cantidad, tipo de grasa y periodo de tiempo que marca el fabricante. Variar la cantidad por exceso o defecto puede ser perjudicial para el motor. La grasa es aconsejable introducirla con el motor en marcha siempre que esto no implique ningún tipo de peligro al operario. En caso de hacerlo con el motor parado, se debe introducir la mitad de la grasa y se mueve el motor durante un periodo de tiempo para que circule la grasa por todo el cojinete y se para engrasando el resto de cantidad indicada por el fabricante.
Ventilación La ventilación del motor es importante para refrigerar el trabajo del motor, teniendo que controlar que el tipo de ventilación utilizada esté funcionando correctamente.
Resistencia de aislamiento Comprobar la resistencia de aislamiento periódicamente según indique el fabricante para comprobar el correcto aislamiento de los bobinados. Esta tarea se suele realizar con un megohmetro y debe tener un valor mínimo de aislamiento que marca el fabricante.