Clasificación de los motores eléctricos Los motores eléctricos se pueden clasificar según la corriente empleada en: motores de corriente continua, motores de corriente alterna y motores universales (sirven para los dos tipos de corriente). Los motores de corriente continua, a su vez se pueden clasificar según el tipo de excitación en: independ independient iente, e, serie, serie, derivaci derivación, ón, compuesta compuesta y de imanes imanes permanen permanentes tes (el campo campo magnético magnético lo producen imanes en lugar de electroimanes). electroimanes). Los motores motores de corrient corriente e alterna alterna se clasifica clasifican n según según los siguientes siguientes criterio criterios: s: velocida velocidad d de giro (síncronos, asíncronos), tipo de rotor (oinado, en cortocircuito o !aula de ardilla), número de fases (monof"sicos #universales #universales y de oinado auxiliar y condensador# condensador# y trif"sicos).
Motores de corriente continua. A Constitución de un motor de corriente continua Los motores de corriente continua ($$) se asan en los principios de fuerza electromagnética y de fuerza electromotriz inducida, tal como se %a visto. &ara llevar a cao estos principios, los motores constan del inductor e inducido. La 'igura muestra la perspectiva explosionada de un pe*ue+o motor de $$. 'ig. . lementos de un pe*ue+o motor de corriente continua.
- nductor: /iene como misión crear el campo magnético y se encuentra alo!ado en la parte fi!a del motor o estator. l inductor est" formado por unas oinas de %ilo de core colocadas alrededor de una expansión polar de material ferromagnético. ferromagnético. &or la oina oina circular" circular" una corriente corriente eléctrica, eléctrica, de cuyo sentido sentido depender depender" " el signo signo del campo magnético creado. n la 'igura aparecen los componentes del inductor./amién puede ser de imanes permanentes. - nducido nducido:: /iene /iene como misión misión crear crear campos campos magnéticos magnéticos *ue se opongan a los del motor motor. st" formado por conductores de core dispuestos en forma de oinas. Las oinas est"n alo!adas en ranuras practicadas en un pa*uete de c%apas cilíndrico de material ferromagnético, el cual est" su!eto al e!e de giro del motor y constituye la parte móvil o rotor de la m"*uina. Los principios y finales de las distintas oinas est"n conectados eléctricamente a una pieza de core denominada colector de delgas, *ue gira con el e!e. Las delgas son las partes en las *ue se divide el colector y est"n aisladas unas de otras. La 'igura muestra el inducido de una m"*uina de corriente continua. &ara introducir la corriente en los conductores del inducido se utilizan las escoillas, *ue son piezas de grafito *ue est"n en contacto con el colector de delgas y *ue, por tanto conectan el circuito exte exteri rior or con con el inte interi rior or de la m"*u m"*uin ina. a. n la 'igu 'igura ra se pued pueden en ver ver las las esco escoi ill llas as y las las portaescoillas de una m"*uina de corriente continua.
n la 'igura se aprecia el aspecto *ue tiene un motor de corriente continua completamente montado. B Magnitudes fundamentales de los motores de corriente continua $omo %emos se+alado, el proceso de conversión de energía se deriva de los principios fundamentales de la fuerza electromagnética, cuya característica es 0i y de la fuerza electromotriz inducida cuya característica es .. - La expresión *ue toma el par interno, 0i, es ésta:
1onde: 0i 2 par interno (3 4 m). p 2 número de pares de polos de la m"*uina. Las m"*uinas eléctricas contienen un número par de polos *ue se designan por p. a 2 número de ramas en paralelo del inducido. 5l colocar las escoillas sore el colector, los conductores del inducido se conectan formando una serie de ramas en paralelo. 3 2 número total de conductores. 6 2 flu!o magnético (7). i 2 intensidad *ue recorre los conductores del inducido (5). $uando la m"*uina est" ya construida, la mayoría de las magnitudes son constantes, por lo *ue la expresión *ue toma el par interno es la siguiente: 0i 2 8 6 i. n ella se puede oservar *ue el par *ue desarrolla la m"*uina es proporcional al flu!o magnético y a la intensidad de corriente en los conductores del inducido. - La expresión de la fuerza electromotriz ., es la siguiente:
1onde: 2 fuerza contraelectromotriz inducida (9). p 2 número de pares de polos. a 2 número de ramas en paralelo del inducido. 3 2 número total de conductores. 6 2 flu!o magnético (7). n 2 velocidad de giro de la m"*uina (rpm). $uando la m"*uina est" ya construida, la mayoría de las magnitudes son constantes, por lo *ue la expresión *ue toma la es ésta: 2 8 n 6 ecuerda l flu!o magnético 6, a través de una superficie, representa el número total de líneas del campo magnético *ue atraviesan esa superficie. ;serva *ue este flu!o es mayor si la superficie aumenta o si aumenta el campo magnético.
sin emargo, una fuerza electromotriz *ue se opone a la diferencia de potencial aplicada, se dice fuerza contraelectromotriz. l volta!e disponile para suministrar la corriente es la diferencia entre la tensión aplicada y la fuerza contraelectromotriz. n la ecuación anterior podemos oservar *ue la fuerza contraelectromotriz es directamente proporcional a la velocidad de giro y al flu!o inductor. n la 'igura ? se representa el diagrama de lo*ues de una m"*uina de corriente continua *ue actúa como motor.
'ig. ?. 0"*uina de corriente continua funcionando como motor.
La tensión aplicada @ y la alcanzan su e*uilirio, con lo *ue aparece la intensidad i.
@n motor eléctrico de corriente continua, si exceptuamos el circuito del inductor, se puede representar por un generador en oposición con la red a la cual se conecta de fuerza contraelectromotriz . n serie con él, colocaremos una resistencia ri, tal como podemos apreciar en la 'igura A. 'ig. A. <ímil eléctrico de un motor de corriente continua.
C Tipos de motores de corriente continua n los apartados anteriores comentamos *ue, para constituir un motor de corriente continua, necesitamos un circuito inductor y un circuito inducido> en función de cómo se conecten amos, otendremos los distintos tipos de motores de corriente continua. 0otores de excitación independiente n la 'igura B se representa el es*uema de un motor de corriente continua de excitación independiente y su circuito eléctrico e*uivalente.
'ig. B. s*uema de conexiones de un motor de corriente continua excitación independiente y circuito eléctrico e*uivalente.
l devanado inducido (5, C) y el devanado inductor (D, 8) est"n alimentados con fuentes de tensión distintas e independientes. l flu!o ser" constante por*ue ex tamién lo es. La intensidad *ue el motor asore de la red se determina con la siguiente expresión:
0otor derivación n la 'igura E se representa el es*uema de conexiones de un motor de corriente continua excitación derivación y su circuito eléctrico e*uivalente. 'ig. E. s*uema de conexiones de un motor de corriente continua excitación derivación y circuito eléctrico e*uivalente.
l motor derivación es pr"cticamente igual al motor de excitación independiente, la única diferencia estria en *ue el devanado de excitación ($, 1) est" conectado a la misma fuente de tensión *ue el inducido (5, C). n este tipo de motor se cumple lo siguiente: - l flu!o es constante por*ue la ex tamién lo es:
- La intensidad del inducido i toma la siguiente expresión:
- La intensidad *ue el motor asore de la red vale: 2 i F ex.
0otor serie La 'igura G representa el es*uema de conexiones de un motor de corriente continua excitación serie y su es*uema eléctrico e*uivalente. 'ig. G. s*uema de conexiones de un motor de corriente continua excitación serie y circuito eléctrico e*uivalente.
n este tipo de motor el inductor (, ') est" en serie con el inducido (5, C), lo *ue implica *ue el flu!o magnético va a depender de la carga.
xisten otros tipos de motores de corriente continua *ue mezclan las características del motor serie y del motor derivación, pero no vamos a estudiarlos por*ue exceden los o!etivos previstos. D Características de los motores de corriente continua Las características de funcionamiento de los motores de corriente continua dependen del tipo de excitación y suministran información del comportamiento del motor ante unas condiciones de traa!o determinadas. Las m"s importantes son la velocidad n 2 f( )> la del par 0 2 f( ) y la mec"nica 0 2 f(n). 5 continuación, vamos a descriir estas características en los motores con excitación derivación (muy parecidos a los de excitación independiente, ya *ue la única diferencia es *ue este motor utiliza dos fuentes de tensión, una para excitación y otra para el inducido) y en los de excitación serie. 0otor derivación a) $aracterística de velocidad n 2 f(i) &ara otener esta característica mantendremos la @ 2 cte. y la ex 2 cte. y partiremos de las ecuaciones ya conocidas: .2 8.n 6 .2 @ = ri i 1e la primera ecuación despe!amos n y sustituimos el valor de ., con lo *ue otenemos la expresión de la velocidad.
como el flu!o es pr"cticamente constante, tenemos:
n esta expresión es todo constante excepto el producto (ri i), *ue supone alrededor del ?H de la tensión, por lo *ue la velocidad estar" en la misma proporción, tal como podemos apreciar en la 'igura I. 'ig. I. $urva característica de velocidad de un motor derivación.
) $aracterística del par 0i 2 f (i) elaciona el par motor interno con la corriente del inducido, 0 2 f(i), manteniendo @ 2 cte. e ex 2 cte. ecordemos *ue la expresión del par interno es la siguiente: 0i 2 8 6 i. $omo el flu!o en este motor es constante, tendremos: 0i 2 8J i.
c) $aracterística mec"nica 0 2 f(n) elaciona la velocidad del motor con su par interno 0 2 f(n). s la característica fundamental de la *ue depende todo motor, !unto con la carga. &uede otenerse por eliminación gr"fica de los valores de la intensidad de las dos características anteriores. La característica est" un poco inclinada respecto al e!e del par, lo cual es indicativo de *ue el grado de estailidad de este tipo de motor es muy elevado, tal y como se puede ver en la 'igura J. 'ig. J. $urva característica mec"nica de un motor de corriente continua excitación derivación.
0otor serie a) $aracterística de velocidad n 2 f(i) &ara otener esta característica mantendremos la @ 2 cte. La ex no la podemos mantener constante por ser a la vez intensidad de excitación y de carg &artimos de las ecuaciones ya conocidas:
2 8 n 6 .2 @ = (ri F rs) i 1e la primera ecuación despe!amos n, y sustituimos el valor de , con lo *ue resulta la expresión de la velocidad.
l valor del numerador se puede considerar pr"cticamente constante, deido al pe*ue+o valor *ue tienen las resistencias de inducido y de inductor cuando varía la carga. &or el contrario, el flu!o se modifica de forma considerale.
l motor serie con cargas reducidas alcanza valores de velocidad muy altos, lo *ue podría traer consigo la destrucción del inducido. &or esta razón, este tipo de motores no deen funcionar nunca en vacío. ) $aracterística del par 0 2 f (i) elaciona el par motor interno con la corriente del inducido 0 2 f(i)M, manteniendo @ 2 cte. ecuerda *ue la expresión del par interno es: 0i 2 8 6 i. $omo en este tipo de motor el flu!o es proporcional a la intensidad: 6 2 8 i. 0i 2 8J (i)
'ig. B. $urva característica del par de un motor de corriente continua excitación serie.
l motor serie desarrolla pares motores superiores a los *ue proporcionaría un motor derivación del mismo par nominal, lo cual lo %ace apropiado para aplicaciones en las *ue se necesita pares de arran*ue o de aceleración elevados. c) $aracterística mec"nica 0 2 f (n) elaciona la velocidad del motor con su par interno 0 2 f(n). /al y como se+alamos para el motor derivación, puede otenerse por eliminación gr"fica de los valores de la intensidad en las dos características anteriores. sta curva tiene forma paraólica ('ig. E). 'ig. E. $urva característica de mec"nica de un motor de corriente continua excitación serie.
l motor serie mantiene la potencia pr"cticamente constante y se conoce como motor autorregulado en potencia.
Calance de potencias 5l conectar un motor de corriente continua a la red asore una potencia, denominada potencia asorida, cuyo valor es: &a 2 @ . 1e esta potencia, una parte se pierde en forma de calor en los conductores del devanado inductor.
5 veces, y como consecuencia de despreciar las &m y las &'e, el rendimiento ad*uiere la siguiente expresión:
La 'igura G muestra en forma de es*uema el alance de potencias de un motor de corriente continua. 'ig. G. Calance de potencias de un motor de corriente continua.
F Arranque de los motores de corriente continua
n el momento del arran*ue, al ser la velocidad cero (motor parado), la fuerza contraelectromotriz ser" cero, por lo *ue la corriente en el inducido toma la siguiente expresión:
corriente *ue, deido al reducido valor de ri, puede alcanzar valores muy elevados. l eglamento lectrotécnico para Ca!a /ensión (C/) limita en su instrucción ? la corriente en el arran*ue para todos motores con potencia mayor de K,EA O7. n concreto, podemos actuar sore la tensión aplicada al motor o sore la resistencia del circuito del inducido.
5 medida *ue el motor acelera, la aumenta, y, por tanto, la corriente se reduce. 1urante el proceso de arran*ue la resistencia se va eliminando poco a poco, %asta desaparecer. $omo podemos apreciar en el es*uema de la 'igura I, el circuito de excitación se toma de la tensión nominal del motor para *ue circule la ex nominal y crece el flu!o nominal, pues de éste va a depender el par interno *ue desarrolle el motor.
G egulación de la !elocidad La regulación de la velocidad tiene por o!eto mantener la velocidad en un valor prefi!ado. La velocidad de régimen est" condicionada por la igualdad de par motor y resistente, definida en el punto de intersección de las respectivas características mec"nicas (motor y carga). l prolema de la regulación de la velocidad consiste en actuar sore los siguientes par"metros:
'ig. ?K. 0otor excitación derivación con reóstato de arran*ue (a).
" #n!ersión del sentido de giro Los motores eléctricos pueden funcionar en amos sentidos de giro, sólo con camiar las conexiones del inducido con respecto al inductor ('ig. ?J). 'ig. ?J. nversión de giro de un motor derivación.
l sentido del par motor depende de campo magnético y del sentido de la corriente en los conductores del inducido, por lo *ue se deduce *ue astar" con invertir las conexiones relativas del inductor y del inducido.
tirando de un tren, ser" necesario pararlo cuando llegue a la estación o disminuir la velocidad al a!ar una pendiente. l frenado de los motores de corriente continua se asa en el principio de reversiilidad *ue este tipo de m"*uinas posee. s decir, en el momento de frenar el motor, éste pasa a funcionar como generador, por lo *ue se invierte el sentido del par motor. 5 este tipo de frenado se le conoce con el nomre de frenado eléctrico, y puede efectuarse de dos modos distintos: - 'renado reost"tico: consiste en disipar la energía *ue se genera al actuar como generador sore unas resistencias de frenado, *ue suelen ser las mismas *ue se utilizan para el arran*ue. l es*uema de este tipo de frenado se puede ver en la 'igura ?. 'ig. ?. 'renado reost"tico de un motor de corriente continua excitación derivación.
- 'renado regenerativo: consiste en devolver la energía generada a la línea de alimentación.
