ud11

Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

A I C N A T S I D A L A N O I S E F O R P N Ó I C A M R O F

11

d a d i n U

Máquinas de Corriente Continua

MÓDULO Electrotecnia

The world's largest digital library

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.













Título del Ciclo: TÉCNICO EN MONTAJE MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR Título del Módulo: ELECTROTECNIA Dirección:

Dirección General de Formación Profesional. Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente. Dirección de la obra: Alfonso Gareaga Herrera Antonio Reguera García Arturo García Fernández Ascensión Solís Fernández Juan Carlos Quirós Quirós Luis María Palacio Junquera Manuel F. Fanjul Antuña Yolanda Álvarez Granda Coordinación de contenidos del ciclo formativo: Javier Cueli Llera Autor: Romualdo Pérez Fernández

Desarrollo del Proyecto: Fundación Metal Asturias Coordinación: Javier Maestro del Estal Monserrat Rodríguez Fernández Equipo Técnico de Redacción: Alfonso Fernández Mejías Ramón García Rosino Luis Miguel Llorente Balboa de Sandoval José Manuel Álvarez Soto Estructuración y desarrollo didáctico: Isabel Prieto Fernández Miranda Diseño y maquetación: Begoña Codina González Alberto Busto Martínez María Isabel Toral Alonso Sofía Ardura Gancedo Colección: Materiales didácticos de aula Serie: Formación Profesional Específica Edita: Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente ISBN: ISBN: 84-690-1473-0 Depósito Legal: Legal: AS-0593-2006 Copyright: © 2006. Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Todos los derechos reservados. La reproducción de las imágenes y fragmentos de las obras audiovisuales que se emplean en los diferentes documentos y soportes de esta publicación se acogen a lo establecido en el artículo 32 (citas y reseñas) del Real Decreto Legislativo 1/2.996, de 12 de abril, y modificaciones posteriores, puesto que “se trata de obras de naturaleza escrita, sonora o audiovisual que han sido extraídas de documentos ya divulgados por vía comercial o por Internet, se hace a título de cita, análisis o comentario crítico, y se utilizan solamente con fines docentes”.















11 Máquinas de Corriente Continua

d a d i n U

Sumario general

Objetivos ...................................................... .......................... ......................................................... ........................................ ...........

4

Conocimientos.......................................................................................

5

Introducción ................................................... ....................... ....................................................... ....................................... ............

6

Contenidos generales ..................................................... ......................... ................................................... .......................

6

Máquinas de corriente continua: aspectos físicos ................................ ............................ ....

7

Máquinas de corriente continua: principios de funcionamiento como generador y como motor ....................................................... ........................... ................................ .... 10 Motores de corriente continua: sistemas de conexión ......................... ................... ...... 23 Motores de corriente continua: curvas características más importantes ................................................ ........................... ..................... 25 Motores de corriente continua: accionamientos .................................. ......................... ......... 29 Resumen de contenidos ...................................................... ........................... .............................................. ................... 36 Autoevaluación......................................................................................

38

Respuestas de actividades .................................................... ....................... .............................................. ................. 39 Respuestas de autoevaluación ..................................................... .......................... ..................................... .......... 40

















Módulo: Electrotecnia

Objetivos

Al finalizar el estudio de esta unidad serás capaz de: r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e d o t n e i m i n e t n a M y e j a t n o M



Explicar el principio de funcionamiento de un generador generador de CC.



Explicar el principio de funcionamiento funcionamiento de un motor de CC.



Describir el fenómeno de la reacción de inducido. inducido.



Diferenciar los distintos métodos de arranque arranque y su utilización.



Diferenciar los distintos métodos de variación variación de velocidad y su utilización.



Describir los diferentes tipos de motores de CC.


















d a d i n U

Conocimientos que deberías adquirir aCONCEPTOSS • Delga. • Colector. • Escobilla. • Reacción de inducido. • Conmutación. • Polos de conmutación. • Reóstato.

ITUACIONESS PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS

• Realizar el cableado de un motor de CC en función del tipo de de conexión. • Realizar con precisión precisión y seguridad el conexionado para la realización de ensayos, con especial atención a las partes móviles del motor. • Determinar a partir de las lecturas de de los aparatos de medida, las características características de los motores.

ACTITUDESS • Cumplir la normativa de seguridad de de los laboratorios donde donde se realizan los ensayos.




















Introducción Los fenómenos físicos que explican el funcionamiento de los motores ya los estudiaste en la unidad didáctica 4 “Fenómenos Electromagnéticos” y, los principios generales de las máquinas eléctricas en la unidad didáctica 10 “Máquinas de Inducción”.

r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e d o t n e i m i n e t n a M y e j a t n o M

Las máquinas de CC (corriente continua) fueron durante muchos años el soporte de la industria debido a que, la variación de velocidad y el arranque no escapaban al control de los ingenieros; con los clásicos automatismos cableados y los métodos reostáticos se conseguía el afinamiento de casi todos t odos los procesos industriales. Sin embargo, el auge de la electrónica disparó el uso de los motores de inducción, que funcionan con un buen rendimiento y no necesitan el mantenimiento tan exhaustivo que requieren los motores de CC. No obstante, todavía te puedes encontrar alguna aplicación como la dinamo de los coches, donde se utilice una máquina de CC.

Contenidos generales

En esta unidad estudiarás los generadores y motores de CC así como sus sistemas de accionamiento y regulación más comunes.


















d a d i n U

Máquinas de corriente continua: aspectos físicos Las máquinas eléctricas rotativas disponen de un estator y de un rotor. El estator es el responsable del campo magnético y en el rotor se plasman las consecuencias de la acción magnética. La configuración del devanado del estator y del tipo de rotor, diferencian los diversos tipos de máquinas e influyen en características tan importantes como la velocidad de giro, potencia, etc.

A continuación se describe brevemente los componentes de las máquinas



















Polos inductores

r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e


Polos de conmutación

Devanados de compensación

Fig. 1: Estator de una máquina de CC.



do, cuya misión es, al ser alimentadas por corriente continua, crear el campo magnético inductor de la máquina, el cual presentará alternativamente polaridades norte y sur. Salvo las máquinas de potencia reducida, en general de menos de 1 kW, encontramos también en el estator, alternando con los polos antes citados, otros llamados polos de conmutación.

En una máquina de CC el devanado del estator es el responsable de crear el campo magnético de excitación.

Rotor o inducido Formado por una columna de material ferromagnético, a base de chapas de hierro, aisladas unas de las otras por una capa de barniz o de óxido. La corona de chapa magnética presenta en su superficie externa un ranurado donde se aloja el devanado inducido de la máquina. Este devanado está constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente aislados, cerrado sobre sí mismo al conectar el final de la última bobina con el principio de la primera.


















d a d i n U

Escobillas Se utilizan para conectar eléctricamente el circuito rotórico de inducido con el exterior. Las escobillas cuya posición es estática, hacen permanentemente contacto con las delgas del colector, que giran solidariamente al rotor. Normalmente las escobillas son de carbón o de grafito y están sujetas por el portaescobillas. En la siguiente figura se muestra una vista general de una máquina de CC, para que te hagas una idea de la Fig. 3: Aspecto de una escobilla. disposición de los componentes descritos.

Arrollamiento de excitación Núcleo polar Expansión polar

Culata

Núcleo del polo de comunicación Arrollamiento de comunicación

Colector

Núcleo del inducido Arrollamiento del inducido

Escobillas






















Máquinas de CC: principios de funcionamiento como generador y como motor r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e

El estator crea un campo magnético constante y fijo en el espacio. En el rotor se induce una fem que debido al colector se rectifica en una fem de continua. A mayor campo magnético y velocidad, mayor fem inducida. Las máquinas de CC pueden funcionar como generadores o como motores. En su funcionamiento como generador, las corrientes rotóricas son inducidas, mientras que éstas son insertadas desde el exterior cuando actúa como motor. Las máquinas de CC pueden funcionar como generadores o como motores, A continuación, se describe el principio de funcionamiento de cada uno de ellos.

Máquinas de CC: principio de funcionamiento como generador En una bobina girando en un campo magnético se induce una fem alterna y senoidal. Sin embargo, las máquinas de CC deben de funcionar con tensiones y corrientes de continua. ¿Cómo se puede conseguir transformar la fem en una tensión de continua para que la máquina pueda funcionar? Este proceso de transformación recibe el nombre de rectificación. Con la máquina funcionando veremos que las corrientes del rotor distorsionan el campo


















d a d i n U

1

d a d i v i t c

a

¿Por qué motivo no influye la reactancia del devanado de excitación en el cálculo?

o La fem inducida Según se comentaba en la unidad didáctica 4, cuando una bobina gira dentro de un campo magnético, aparece en ella una fem. Además esta fem es alterna-senoidal de una frecuencia proporcional a la velocidad de giro.

Espira girando

B N Anillos rozantes

S
























El problema, por tanto, se presenta para transformar la fem de alterna en fem de continua, apta para alimentar un circuito de CC. La solución consiste en sustituir los anillos rozantes y, acoplar los lados activos de la bobina (de N espiras) a un par de piezas metálicas en forma de semianillo llamadas delgas. Las delgas giran solidarias a la bobina y se conectan al circuito exterior mediante escobillas (Fig. 6). Éstas están situadas longitudinalmente a la dirección del campo magnético. Puesto que en contacto con cada escobilla, se encuentra la delga que presenta una polaridad concreta, podemos obtener entre escobillas una fem de polaridad constante, aunque no continua todavía. r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m

Delga 1: polaridad + Delga 2: polaridad -

Sentido de rotación de la espira

Delga 1: polaridad Delga 2: polaridad +

Colector de dos delgas




















d a d i n U

Fig. 7a: Rectificación de la fem.

La fem inducida presenta el aspecto de una senoidal donde la parte negativa se transforma en positiva (rectificación). Para reducir el “rizado” de esta fem, se deben de añadir
























Se demuestra que la fem inducida depende de las características del devanado rotórico de inducido, del flujo de excitación magnético y de la velocidad de giro. Matemáticamente se expresa con la siguiente fórmula:

E=K

r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m

E

×Φ×

N

DONDE

E: fem inducida. KE: constante que depende de las características del inducido. : flujo magnético por polo en weber (Wb). N: velocidad de giro en rpm.

En una máquina de CC se origina fem continua si se conecta el devanado de excitación y se hace girar el rotor.




















d a d i n U

o Circuito equivalente del rotor Puesto que se genera fem, el circuito equivalente del rotor está compuesto por una fuente de CC y una resistencia (Fig. 9). I

I

A

A

r G

V

R

E

V

R

B B Fig. 9: Circuito del rotor como generador.

Si acoplamos una carga entre los terminales del inducido (A-B), circulará intensidad. Las ecuaciones son las siguientes: DONDE

E = r ×I + V ⇒ V =E - r ×I

E: fem inducida.





















r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m


Longitudinal

Transversal
























d a d i n U

A. Consecuencias 

A consecuencia consecuencia de la distorsión distorsión en la dirección dirección del flujo, la línea neutra, LN, (línea donde fem se anula) en carga, adelanta respecto del sentido de giro un ángulo α, tomando como referencia la línea neutra en vacío (la perpendicular al campo de excitación) (Fig. 11).

Línea neutra en vacío

Línea neutra en carga

Línea neutra en vacío

Línea neutra en carga
























B. Soluciones 

Polos o arrollamientos de conmutación: son polos situados en el estator sobre la

LN en vacío (entre polos de excitación), pero recorridos por la intensidad del inducido, de tal forma que el flujo creado por ellos compensa el flujo de reacción de inducido y además minimiza los problemas en la conmutación. Las escobillas permanecen sobre la LN en vacío, sin necesidad de desplazarlas (Fig. 12). Polos de excitación r o l a C e

Polos de conmutación




















d a d i n U

2

d a d i v i t c

a

Un generador de CC induce en bornes del inducido 550 V a 1.200 rpm. En carga se mide entre bornes 490 V a la misma velocidad. Explica la o las causas de estas caídas de tensión.






















Conductor ‘a’ -> delga en contacto con escobilla +: I entrante -> F hacia abajo. Conductor ‘b’ -> delga en contacto con escobilla - : I saliente -> F hacia arriba. M

F b

r o l a C e

a I F






















d a d i n U

Gracias al colector de delgas, que consiguen la conmutación de la intensidad en los conductores, el par de giro de los motores de CC es uniforme.

En un motor real como sabes, el número de delgas del colector coincide con el número de conductores activos del devanado rotórico, de tal forma que el par motor resultante será la suma de los pares producidos por cada bobina. El valor del par por tanto es M = KM × Φ × I

DONDE

M: par motor en Nm.


























Puesto que la fem inducida en el rotor se opone en este caso a la circulación de la intensidad, suele llamarse fuerza contraelectromotriz, y abreviarse como fcem.




















d a d i n U






















Iex IT C A






















d a d i n U
























Por tanto si dibujamos la recta obtenemos la representación que se muestra en la Fig 19: I (A)






















d a d i n U











































d a d i n U











































d a d i n U



































































































































































ud11

Recommend Documents