Caso Coco Misil

MOTORES ELÉCTRICOS

Índice

1.- Introducción ........................................................................................ 2 2.- Principios de Funcionamiento ............................................................ 3 3.- Tipos de Motores................................................................................. 7 3.1.- Motores de Pasos o Motores Paso a Paso .................................... 8 3.1.1 Principios de Funcionamiento.................................................. 9 3.1.2 Tipos de Motores de Paso......................................................... 9 3.1.2.1 Motores Unipolares .......................................................... 10 3.1.2.2 Motores Bipolares............................................................. 11 3.1.2.3 Motores de reluctancia variable ...................................... 11 3.1.2.4 Motores de Múltiples Fases.............................................. 12 3.2.- Motores de corriente continua (DC) .......................................... 13 3.3.- Motores de Corriente Alterna. ................................................... 18 3.4.- El Servo Motor............................................................................ 26 4.- Control de motores............................................................................ 30 5.- Bibliografía........................................................................................ 34

1.- Introducción

Los motores eléctricos juegan un papel muy

importante en la actualidad. Se encuentran en infinidad de sistemas tanto en entornos domésticos como en entornos industriales. Ejemplos cotidianos de sistemas en los que aparecen los motores como elementos indispensables son ordenadores, juguetes y todo tipo de electrodomésticos. Por otra parte, la necesidad de los motores eléctricos en las industrias está fuera de toda duda. Otro de los campos en los que los motores ocupan un lugar irreemplazable es la robótica. Todos los robots necesitan motores eléctricos para poder moverse. La robótica es una de las áreas para la que se espera un mayor desarrollo en el futuro. Y por este motivo también cabe esperar que los motores eléctricos usados en robótica evolucionen refinando sus prestaciones. Los motores eléctricos permiten transformar energía eléctrica en mecánica. Este hecho fundamental hace de los motores eléctricos la solución más adecuada en entornos, tanto industriales como domésticos. Al ser la energía eléctrica el tipo de energía inicial, el uso de motores cuenta con todas las ventajas que se derivan de este hecho. En primer lugar la energía eléctrica es barata, limpia y fácilmente transportable. Por otra parte la naturaleza de los motores eléctricos les permite adaptarse a un gran margen de cargas de trabajo. Nuestro objetivo es abordar el estudio de los motores eléctricos dando una perspectiva general. En primer lugar trataremos los principios físicos en que se basa el funcionamiento de todos los tipos de motores

eléctricos. En este apartado no pretendemos profundizar en el estudio de estos fenómenos sino únicamente introducir los principios físicos básicos en que se basa el funcionamiento de los motores. A continuación se estudiarán en detalle los tipos de motores existentes en la actualidad. Para cada uno de los tipos se verán las características fundamentales, y las aplicaciones más frecuentes para las que son usados. El siguiente punto de nuestro estudio es el control de motores. El control de motores está relacionado estrechamente con la mayor parte de las aplicaciones en las que se usan los motores eléctricos. Por este motivo trataremos este punto en nuestro estudio. Finalmente se facilitará un listado de referencias donde se puede encontrar más información sobre los temas aquí tratados.

2.- Principios de Funcionamiento

Los motores, generadores y transformadores convierten la energía de una forma en otra al interactuar con el campo magnético. Para modelar esta interacción se usan los siguientes cuatro principios físicos: 1 2 3 4 Al circular corriente por un conductor se produce un campo magnético alrededor de él. Si a través de una espira se pasa un campo magnético variable con el tiempo, se induce un voltaje en dicha espira. Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un campo magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor. Cuando un conductor en movimiento se encuentra inmerso dentro de un campo magnético, en dicho conductor se induce

un voltaje.

Los transformadores de energía eléctrica se basan en el segundo principio. En el caso de los motores eléctricos es la tercera ley la que explica su comportamiento. Y finalmente el cuarto principio es el usado para estudiar los generadores de energía eléctrica a partir de energía mecánica. Nuestro objetivo es estudiar los motores eléctricos por lo que nos centraremos en la tercera ley.

Aplicaremos esta ley a nuestro caso relacionándola con la geometría y las piezas de un motor eléctrico para justificar el movimiento de rotación de los motores. En primer lugar estudiaremos el campo magnético, más tarde añadiremos una espira (conductor) por la que circula una corriente eléctrica. El resultado de la interacción de estos dos elementos es que aparecerá una fuerza sobre la espira que la hará girar.

La producción de un campo magnético por una corriente eléctrica, esta regida por la Ley de Ampere:

Donde: H es el campo magnético producido por la corriente INET. H se mide en Amperios/metro y la Intensidad en Amperios. Esta expresión quiere decir que la integral de línea del campo magnético H sobre la curva que describe el campo es igual a la corriente que produce ese campo. Para ilustrar esta idea podemos considerar el siguiente ejemplo. Colocamos una espira cuadrada de hierro para que confine el campo Magnético. Es decir, el objetivo de esta espira es

proporcionar un camino para el campo magnético. Así el campo magnético seguirá la dirección indicada por

H en la figura. Por otra parte una corriente eléctrica INET da N vueltas alrededor de la espira. Los materiales que, como el hierro, confinan el campo magnético reciben el nombre de Materiales Ferromagnéticos, y se caracterizan por su alta constante de Permeabilidad Magnética µ. Al aplicar la ley de Ampere a esta situación tendremos que: El recorrido sobre el que hay que hacer la integral es la espira rectangular de la figura. El campo magnético puede considerarse aproximadamente constante con lo que ∫H·dl = H·L donde L es el perímetro de la espira.

Por otra parte la corriente INET da N vueltas a la estructura con lo que la ley de Ampere aplicada a este caso resulta: H·L = N·INET

Figura 2.1: Ejemplo de la Ley de Ampere

Las conclusiones que sacamos de este ejemplo son dos. 1 Utilizando materiales ferromagnéticos conseguimos confinar el campo magnético y con esto se maximizará el flujo de campo magnético a través de la superficie interior al arrollamiento. Arrollar el hilo de alimentación a la espira dando N vueltas equivale a multiplicar por N la corriente con la que creo el campo magnético.

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Estas conclusiones son muy importantes y veremos cómo influyen decisivamente en la construcción de los motores eléctricos. Por otra parte, es necesario señalar que el esquema del ejemplo es muy similar al esquema de un electroimán.

Figura 2.2: Electroimán

Los electroimanes serán muy útiles en los motores eléctricos, ya que como veremos para que se produzca el gi

ro del rotor es necesario que exista campo magnético. Este campo magnético será generado por un imán o un electroimán según el tipo de motor. Hasta el momento hemos visto cómo se crea el campo magnético pero ¿cómo es posible que el eje gire? La clave, como ya se adelantó, está en el tercero de los principios que se enunciaron al principio de este apartado. Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un campo magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor. En la siguiente figura se ilustra este fenómeno:

Figura 2.3: Una espira recorrida por una corriente que esté inmersa en un campo magnético experimenta una fuerza que hará girar a la espira

En la figura se representan los polos norte y sur de un imán que genera un campo magnético. Por otra parte aparece una espira inmersa en el campo magnético que es recorrida por una corriente eléctrica. En estas condiciones se ejercerá una fuerza sobre la espira que la hará girar respecto al eje de rotación representado en la figura con trazo discontinuo.

Un esquema más próximo a un motor eléctrico es el siguiente:

Figura 2.4: Esquema de un motor eléctrico (de corriente continua).

En la figura puede apreciarse como los imanes tienen una forma cilíndrica para que la espira pueda girar en su interior. También puede apreciarse como es necesario utilizar un mecanismo especial para suministrar corriente a la espira que se encuentra en continuo movimiento. Para solucionar este problema se usan

unas escobillas que proporcionan la alimentación necesaria a la espira en movimiento. Este es el principio básico de funcionamiento en el que se basan los motores eléctricos. Pero los motores reales incluyen numerosos elementos adicionales para conseguir las prestaciones deseadas. Por ejemplo, el número de espiras es mucho mayor, con ello se consigue como vimos, multiplicar los efectos de la intensidad que recorre la espira. Otra posibilidad es usar electroimanes en lugar de imanes. Los motores paso

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