Motor De Corriente Continua

FUNDAMENTO TEÓRICO

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

El motor de corriente continua es la máquina que convierte la energía eléctrica continua en energía mecánica rotacional.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria.

A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micromotores, etc.)

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.

Su principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y laborioso.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas.

También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Esquema del funcionamiento de un motor de c.c. elemental de dos polos con una sola bobina y dos delgas en el rotor. Se muestra el motor en tres posiciones del rotor desfasadas 90º entre sí.

1,2:Escobillas;

A,B: Delgas;

a, b: Lados de la bobina conectados respectivamente a las delgas A y B.

Según la Ley de Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano izquierda, con módulo F:

F: Fuerza en newtons

I: Intensidad que recorre el conductor en amperios

l: Longitud del conductor en metros

B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas

El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado.

Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.

Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor

Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador de pines.

La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.

Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito.

Número de escobillas

Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras. En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina.

En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos.

Sentido de giro

El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido.

La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido.

Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.

Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina, y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la fmm (fuerza magnetomotriz).

El sentido de giro lo podemos determinar con la regla de la mano derecha, la cual nos va a mostrar el sentido de la fuerza. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el pulgar nos muestra hacia donde va la corriente, el dedo índice apunta en la dirección en la cual se dirige el flujo del campo magnético, y el dedo medio hacia donde va dirigida la fuerza resultante y por lo tanto el sentido de giro.

Reversibilidad

Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.

Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga.

En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica.

En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.

PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

Utilizando las herramientas y materiales adecuados realizar el montaje del circuito de fuerza del motor de corriente continua, según indicaciones en el laboratorio. (En la salida del SCR para que el voltaje aplicado se VM, sí es antes el voltaje será Vref)

Considerando una alimentación del circuito de control con una señal alterna de 120 V y aplicando las normas de seguridad estudiadas, realizar el montaje del circuito de control

Usando un protoboard donde estará instalado el SCR con su circuito de disparo en la entrada del circuito de alimentación del motor, variar la velocidad del motor, aplicando la tensión de salida del SCR que variará en función de su circuito de disparo, registrado 05 valores de velocidad y tensión de alimentación en el motor; registrar los datos en el siguiente cuadro y dibujar la curva de velocidad- tensión (tensión en el eje X.)

V motor I alimentación RPM

CUESTIONARIO

Describa la función de cada componente del circuito ensamblado.

Mida los valores de la corriente de arranque y la corriente de arranque y la corriente de operación en vacío de la máquina y explique el porqué de las diferencias.

Siguiendo las normas del Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama completo de instalación del motor ensayado, incluyendo los componentes de electrónica de potencia aplicados.

Explique ¿Qué ocurre con los parámetros del motor cuando se varía el voltaje de alimentación con dispositivos electrónicos que modifican la señal de alimentación?

Explique si es factible aplicar un dispositivo de electrónica de potencia en el circuito de campo del motor DC

ESTATOR:

El estator de una máquina de corriente continua proporciona el apoyo mecánico para la máquina, y consta del yugo y los polos (o polos del campo). El yugo desempeña la función básica de proveer una trayectoria sumamente permeable para el flujo magnético. Para máquinas pequeñas de imanes permanentes (PM, permanent-magnet), puede ser una estructura anular laminada soldada en sus extremos. Para máquinas devanadas pequeñas, los polos del campo y el yugo se troquelan como una sola pieza a partir de laminaciones delgadas de acero. Para máquinas grandes, el yugo se construye con partes hechas con acero fundido.

Polos: los polos se montan dentro del yugo y se diseñan en forma apropiada para recibir los devanados del campo. A menudo los polos del campo están elaborados con láminas (laminaciones) delgadas que se apilan juntas, con lo que se busca reducir al mínimo las ppérdidas magnéticas debidas a la proximidad de los polos con el flujo de la armadura. Para máquinas grandes, los polos del campo se construyen por separado y después se atornillan al yugo.

Devanado del campo: Las bobinas del campo están devanadas en los polos, de forma que éstos alternan su polaridad. Existen dos tipos de devanados del campo: un devanado del campo Shunt y devanado del campo serie. El devanado de campo shunt, tiene muchas vueltas de alambre delgado y recibe ese nombre porque se conecta en paralelo con el devanado de la armadura. El devanado del campo serie, como su nombre lo indica, se conecta en serie con el devanado de la armadura y tiene comparativamente pocas vueltas de conductor grueso. Una máquina de cc puede tener ambos devanados del campo arrollados en el mismo polo.

Una máquina con un solo devanado se llama máquina Shunt. Una máquina serie se devana sólo con devanado del campo serie. Una máquina Compound, o compuesta, tiene ambos devanados. Cuando en una máquina compound los dos devanados del campo producen flujos en la misma dirección, la máquina es de tipo cumulativo. La máquina es de tipo diferencial cuando al campo que establece el devanado del campo shunt, se opone el campo que establece el devanado del campo en serie.

...