Cátedra: Máquinas Eléctricas (Taller V) Grupos: XII-AyC Electricidad Facilitador: Jorge L, Patiño V. [email protected]Página 1 Instituto Profesional y Técnico de Veraguas Curso: Máquinas Eléctricas (Taller V) Tema: N° 1 Motores de Corriente Continua Grado: XII-A y C Electricidad Preparado por: Prof. JORGE L, PATIÑO V. Lic. En tecnología Eléctrica. Marzo, de 2018.
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MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA...MOTOR SERIE: Es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo (campo magnético principal) se conecta en serie con
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El motor eléctrico permite la transformación de energía eléctrica en energía mecánica, esto se logra mediante la
rotación de un campo magnético alrededor de una espira o bobinado que toma diferentes formas.
Al pasar la corriente eléctrica por la bobina ésta se comporta como un imán cuyos polos se rechazan o atraen
con el imán que se encuentra en la parte inferior; al dar media vuelta el paso de corriente se interrumpe y la
bobina deja de comportarse como imán, pero por inercia se sigue moviendo hasta que da otra media vuelta y la
corriente pasa nuevamente repitiéndose el ciclo haciendo que el motor rote constantemente.
Son de los más comunes y económicos, y puedes encontrarlo en la mayoría de los juguetes a pilas, constituidos, por lo general, por dos imanes permanentes fijados en la carcaza y una serie de bobinados de cobre ubicados en el eje del motor, que habitualmente suelen ser tres.
El funcionamiento se basa en la interacción entre el campo magnético del imán permanente y el generado por las bobinas, ya sea una atracción o una repulsión hacen que el eje del motor comience su movimiento, bueno, eso es a grandes rasgos... Ahora nos metemos un poco más adentro... Cuando una bobina es recorrida por la corriente eléctrica, esta genera un campo magnético y como es obvio este campo magnético tiene una orientación es decir dos polos un polo NORTE y un polo SUR, la pregunta es, cuál es ¿cuál? y la respuesta es muy sencilla, si el núcleo de la bobina es de un material ferromagnético los polos en este material se verían así...
Como puedes ver, estos polos pueden ser invertidos fácilmente con sólo cambiar la polaridad de la bobina, por otro lado, al núcleo de las bobinas las convierte en un electroimán, ahora bien, si tienes nociones de el efecto producido por la interacción entre cargas, recordarás que cargas opuestas o polos opuestos se atraen y cargas del mismo signo o polos del mismo signo se repelen, esto hace que el eje del motor gire produciendo un determinado torque
Te preguntarás que es el torque..., pues es simplemente la fuerza de giro, si quieres podríamos llamarle la potencia que este motor tiene, la cual depende de varios factores, como ser; la cantidad de corriente, el espesor del alambre de cobre, la cantidad de vueltas del bobinado, la tensión etc. esto es algo que ya viene determinado por el fabricante, y que nosotros poco podemos hacer, más que jugar con uno que otro parámetro que luego describiré. La imagen anterior fue solo a modo descriptivo, ya que por lo general suelen actuar las dos fuerzas, tanto atracción como repulsión, y más si se trata de un motor con bobinas impares. Estos motores disponen de dos bornes que se conectan a la fuente de alimentación y según la forma de conexión el motor girará en un sentido u otro, veamos eso justamente...
Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par 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 el motor 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, micro-motores, etc.)
Motor de corriente continua Un motor eléctrico de Corriente Continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en
movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.
FUNDAMENTOS DE OPERACIÓN DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS
En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se
concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y
repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos
alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos
diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación.
LAS PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SON:
Partes de las que se compone.
Las partes de un motor de cc se pueden dividir en dos grupos:
Las partes mecánicas: compuesta por la carcasa que como es evidente es la parte estática de la máquina, las tapas laterales también llamados escudos, las fijaciones de la máquina, el núcleo del inducido que es la parte móvil de la máquina que gira apoyada sobre rodamientos (como se conoce comúnmente con el nombre de cojinetes) solidarios a las tapas laterales antes mencionadas.
Las partes electromagnéticas: formada principalmente por un circuito magnético formado por un empilado de chapas magnéticas formando las masas polares del inductor, dos circuitos eléctricos formados por dos devanados diferentes; el devanado inductor que va alojado alrededor de las masas polares, el otro circuito es el devanado inducido que va alojado en las ranuras en la parte que gira (llamada rotor) que pueden estar formados por hilos o pletinas dependiendo de la potencia del motor.
Como su nombre lo indica, un motor eléctrico de corriente continua, funciona con corriente continua. En estos motores, el inductor es el estator y el inducido es el rotor. Fueron los primeros en utilizarse en vehículos eléctricos por sus buenas características en tracción y por la simplicidad de los sistemas de control de la electricidad desde las baterías. Presentan desventajas en cuanto al mantenimiento de algunas de sus piezas (escobillas y colectores) y a que deben ser motores grandes si se buscan potencias elevadas, pues su estructura (y en concreto el rozamiento entre piezas) condiciona el límite de velocidad de rotación máxima.
Velocidad del motor de corriente continua Como ya hemos dicho, la configuración más popular es la de excitación independiente, y a ella se refieren las dos
expresiones que vienen a continuación:
1. La velocidad es proporcional al valor de la tensión media de C.C. esto es válido siempre que se mantengan
constantes, las condiciones de excitación y el par mecánico resistente.
2. El valor de la tensión media aplicada a las conexiones de la armadura del motor se distribuye fundamentalmente
de la forma:
EIRU )( (1)
U: Tensión media aplicada.
RxI: Caída de tensión debida a la corriente que circula por el inducido.
E: Fuerza contra electromotriz inducida (velocidad).
Según el punto (1), la velocidad se puede variar empleando
-Rectificadores controlados para proporcionarle en todo momento la tensión media adecuada. Para
medir su velocidad podemos emplear, según el punto (2), un método alternativo a la dinamo tacométrica y que
consiste en restar a la ecuación (1) la caída de tensión (RxI) en la resistencia de las bobinas de armadura, (con
amplificadores operacionales) quedándonos solo con el valor correspondiente a la fuerza contraelectromotriz (E),
muestra directa de la velocidad.
En nuestro entorno, tendemos a pensar que allá donde encontremos motores de corriente continua es muy posible
que sea debido a la necesidad de tener que poder variar la velocidad de forma sencilla y con gran flexibilidad. APLICACIONES DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA.
Los Motores de Corriente Directa (CD) o Corriente Continua (CC) se utilizan en casos en los que es importante el
poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es
imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo
de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo numero de carbones. Los
motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:
Los motores eléctricos de corriente continua son el tema de base que se amplia en el siguiente trabajo, definiéndose en el mismo los temas de más relevancia para el caso de los motores eléctricos de corriente continua, como lo son: su definición, los tipos que existen, su utilidad, distintas partes que los componen, clasificación por excitación, la velocidad, la caja de bornes y otros mas.
En este apartado comentaré la aplicación clásica de este tipo de motores que, entre otras funciones, siempre se habían utilizado por las prestaciones que tienen en su regulación y variación de velocidad, pero el avance de la tecnología es imparable y debido a la electrónica de potencia han aparecido en estos años variadores de frecuencia, chopers y otros elementos que, poco a poco, están desbancando el motor de corriente continua por el motor de inducción en c.a. El motor serie: dado su elevado par de arranque es utilizado, sobre todo, en tracción eléctrica. Son motores que no pueden funcionar sin carga ya que podría embalarse la máquina produciéndose su destrucción. El motor derivación: se utilizan en tornos, taladros, bombas, ventiladores, etc. El motor compound acumulativo: se emplea muchísimo en máquinas herramienta, laminadoras, bombas de pistón, etc. El motor compound diferencial: prácticamente no tiene aplicaciones debido a que con motores de c.a. se obtienen mejores características.
Caja de bornes
Los motores de cc como cualquier tipo de motor tiene una caja de bornes donde se efectúa la conexión con la red, en ella los bornes se clasifican mediante letras como se puede ver en los siguientes dibujos:
El bornero de un motor de C.C. suele proporcionar dos parejas de conexiones, una para la excitación, y otra para la
armadura. Al tratarse de devanados para corriente continua sus bornes estarán coloreados, habitualmente de rojo y
negro.
Delgas
Micas
Bobinas
Eje
EscobillasMuelles
Armadura
Excitación
Servicio
Arranque
Las tomas de estator y rotor deben ir debidamente diferenciadas, pero aún sin señales puede distinguirse entre unas
y otras porque las de la armadura son de sección sensiblemente mayor.
AVERÍAS DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA. La avería más típica de los motores de corriente continua 1- es el desgaste de las escobillas, es normal que éstas al frotar con el colector de delgas se vayan desgastando con el tiempo, cuando las escobillas están desgastadas dejan de hacer contacto con las delgas y hace que el motor se pare, lo que se debe hacer en este caso es cambiar las escobillas
Escobillas o también llamados carbones.
Otro tipo de avería frecuente es 2-cuando el colector de delgas sufre un desgaste que provoca vistosas chispas, desgaste de las escobillas y calentamientos. En este caso lo que suele hacer es tornear el colector de delgas y cambiar las escobillas.
Tensión que ejerce el muelle dependiendo de la longitud de a escobilla.
Cómo colocar la lija para asentar las escobillas en el colector y posiciones correctas e incorrectas de las escobillas.
Partes de un rotor de CC.
Por último,3- las bobinas inductoras pueden perder aislamiento o cortocircuitarse que en ambos casos se procederá al rebobinado. Las bobinas del inducido alojadas en el rotor pueden quedar abiertas en el punto más débil que es la conexión del cable con la delga y como el caso anterior se debe rebobinar o soldarlas, aunque si la utilización del motor es fundamental se puede hacer, con mucha precaución, es cortocircuitar las delgas que pertenecen a las bobinas abiertas con las vecinas, pero solo para salir del paso.
PRUEBAS DE MANTENIMIENTO REALIZADAS A LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA.
En caso de que las protecciones que alimentan al motor de cc disparasen se deben realizar estas sencillas mediciones para averiguar si existe una bobina que ha perdido aislamiento o si ha perdido continuidad. Utilizaremos el motor de cc compuesto que es el más completo para el resto las pruebas son igualmente válidas.
Tal como se puede ver en el dibujo desconectamos la alimentación y cualquier tipo de conexiones entre bornes del motor, puenteamos los bornes como se ve aprecia en el dibujo y una de las bananas del Megóhmetro o Megger se conectará al borne D o al A y la otra banana del Megger se conectará a la carcasa del motor y aplicaremos 500 voltios. Se puede comprobar fácilmente que al puntear así los bornes hemos conectado las bobinas en serie, también se podría medir cada bobina respecto la carcasa del motor por separado. Para saber si es correcta la medida que nos da el megger tendremos en cuenta los siguientes valores:
- 1 a 16 MΩ se considera un mal aislamiento.
- 16 a 51 MΩ se considerará un aislamiento regular.
- de 51 a 250 MΩ se considerará un aislamiento adecuado o correcto.
Aunque siempre prevalecerán los valores que pueda suministrarnos el fabricante de la máquina.
Para comprobar si existe interrupciones en los bobinados procedemos como muestra el dibujo utilizando el óhmetro o un comprobador de continuidad, si el óhmetro marcase infinito o el comprobador de continuidad no produce sonido alguno o no se encendiese la lámpara que lleva es señal que el bobinado está interrumpido. Hay que hacer una puntualización sobre los comprobadores de continuidad de los polímetros que normalmente solamente funcionan cuando existe una resistencia inferior a 30 ohmios.