Motor de corriente continúa

Motor de corriente continúa

El motor de corriente continua (denominado también motor de corriente directa, motor CC o motor DC) es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción que se genera del campo magnético.
Los motores de corriente continua se construyen con rotores bobinados, y con estatores bobinados o de imanes permanentes. Además existen muchos tipos de motores especiales, como por ejemplo los motores sin escobillas, los servomotores y los motores paso a paso, que se fabrican utilizando un motor de corriente continua como base.

Principio de funcionamiento

Según la ley de Fuerza simplificada, 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 derecha. Es importante recordar que para un generador se usará la regla de la mano derecha mientras que para un motor se usará la regla de la mano izquierda para calcular el sentido de la fuerza.

F = B .L.I

· F: Fuerza en newton

· 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.

La fuerza contraelectromotriz en el motor depende directamente de la velocidad de giro del motor y del flujo magnético del sistema inductor.

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. En realidad, si un motor de corriente continua en su inducido lleva un bobinado imbricado, se deberán poner tantas escobillas como polos tiene la máquina, pero si en su inducido lleva un bobinado ondulado, como solo existen dos trayectos de corriente paralela dentro de la máquina, en un principio es suficiente colocar dos escobillas, aunque si se desea se pueden colocar tantas escobillas como polos.


LAS PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SON:
· ESTATOR: Es el que crea el campo magnético fijo, al que le llamamos Excitación. En los motores pequeños se consigue con imanes permanentes. Cada vez se construyen imanes más potentes, y como consecuencia aparecen en el mercado motores de excitación permanente, mayores.

                          ROTOR: También llamado armadura. Lleva las bobinas cuyo campo crea, junto al del estator, el par de fuerzas que le hace girar.

· ESCOBILLAS: Normalmente son dos tacos de grafito que hacen contacto con las bobinas del rotor. A medida que éste gira, la conexión se conmuta entre unas y otras bobinas, y debido a ello se producen chispas que generan calor. Las escobillas se fabrican normalmente de grafito, y su nombre se debe a que los primeros motores llevaban en su lugar unos paquetes hechos con alambres de cobre dispuestos de manera que al girar el rotor "barrían", como pequeñas escobas, la superficie sobre la que tenían que hacer contacto.

·                             COLECTOR: Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan a cabo intercalando una corona de cobre partida en sectores. El colector consta a su vez de dos partes básicas:

· DELGAS: Son los sectores circulares, aislados entre sí, que tocan con las escobillas y a su vez están soldados a los extremos de los conductores que conforman las bobinas del rotor.


· MICAS: Son láminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de manera que el conjunto forma una masa compacta y mecánicamente robusta.

Ubicación de cada una de las partes:

TIPOS DE MOTORES D.C

Los motores D.C se clasifican de acuerdo al tipo de bobinado del campo como motores Serie, Shunt, Shunt estabilizado, o Compuesto (Compound). Sin embargo algunos de ellos pueden ser auto excitados o de excitación separada o pueden tener campos de imán permanente.
Ellos muestran curvas muy diferentes de torque-velocidad y se conectan en diferentes configuraciones para diferentes aplicaciones.
Algunos motores D.C utilizan imán permanente como campo principal, especialmente los de potencia (HP) fraccionada (1/4,1/2,3/4) y baja potencia.
Los motores de imán permanente tienen la ventaja de no requerir una fuente de potencia para el campo, pero tienen la desventaja de ser susceptibles a la desmagnetización por cargas de choque eléctricas o mecánicas. Los campos de imán permanente no se pueden ajustar para entonar el motor para ajustarse a la aplicación, como pueden los de campo bobinado.

MOTOR SHUNT

En un motor shunt, el flujo es constante si la fuente de poder del campo es fija. Asuma que el voltaje de armadura Et es constante. A medida que la corriente de la carga disminuye desde plena carga a sin carga, la velocidad debe aumentar proporcionalmente de manera que la fuerza contra electromotriz aumentará para mantener la ecuación en balance. A voltaje nominal y campo completo, la velocidad del motor shunt aumentará 5% a medida que la corriente de carga disminuya de plena carga a sin carga. La reacción de armadura evita que el flujo de campo permanezca absolutamente constante con los cambios en la corriente de la carga. La reacción de armadura, por lo tanto causa un ligero debilitamiento del flujo a medida que la corriente aumenta. Esto tiende a aumentar la velocidad del motor. Esto se llama “inestabilidad” y el motor se dice que está inestable.

Conexión interna

Vista en físico

MOTOR SERIE

En un motor serie, el flujo del campo es una función de la corriente de la carga y de la curva de saturación del motor. A medida que la corriente de la carga disminuye desde plena carga, el flujo disminuye y la velocidad aumenta. La rata de incremento de velocidad es pequeña al principio pero aumenta a medida que la corriente se reduce. Para cada motor serie, hay una mínima carga segura determinada por la máxima velocidad de operación segura.

Conexión interna

Vista en físico

MOTOR COMPUESTO (COMPOUND)

Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt como se ve en la figura. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.
El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varia, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo.
Esto provee una característica de velocidad la cual no es tan “dura” o plana como la del motor shunt, no tan “suave” como un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo, la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores D.C compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de torque constante a través de un amplio rango de velocidad.

Conexión interna

Vista en físico

Diferencia entre un motor CC y motor AC:

Motor CC	Motor AC
·         Es necesario aplicar corriente continua en el inducido y en el inductor.	·         Es necesario aplicar corriente alterna.
·         Sus partes básicas son: inductor, inducido y colector	·         Sus partes básicas son: estator y rotor.
·         Son motores monofásicos.	·         Son motores monofásicos y trifásicos.
·         Par de arranque muy fuerte.	·         Par de arranque escaso.
·         85/95 % de eficiencia a carga completa.	·         95 % de eficiencia a carga completa.
·         Mediano costo.	·         Bajo costo.
·         Alta relación peso/potencia (pesados).	·         Baja relación peso/potencia (livianos)
·         Diseño para multi-velocidad.	·         Diseño para velocidad única.
·         Requieren de mayor mantenimiento al tener más piezas: (escobillas, colector, etc.).	·         El mantenimiento requerido es mínimo.
·         Para trabajos pesados.	·         Para trabajos de precisión.

Cálculos realizados en motores de C.C

Intensidad en el momento de arranque:

I= intensidad de arranque I= V / (Rex+Ri)


V= voltaje de alimentación


Rex= resistencia de excitación


Ri= resistencia de inducido

Velocidad de un motor:

Rpm = (120 x F) /P

Rpm = revoluciones por minuto.
120 = constante
F = frecuencia de suministro de energía (en ciclos / seg.)
P = número de polos del bobinado del motor

• Ejemplo: ¿Cuál es la velocidad de un motor con 2 polos conectado a una fuente de alimentación 60 Hz?


rpm = (120 x F) /P

rpm = (120 x 60) / 2

rpm = 7200 / 2

rpm = 3600 rpm

Par de frenado de motor en marcha

Para calcular el par de frenado de un motor:

T = (5252 x HP) / RPM

T = par a plena carga del motor (en libras-pie)
5252 = constante (33.000 dividido por 3,14 x 2 = 5252)
HP = caballos de fuerza del motor
RPM = velocidad del motor de eje


• Ejemplo: ¿Cuál es el par de frenado de un 40 HP, 240V motor que gira a 1725 rpm?


T = (5252 x HP) / RPM

T = (5252 x 40) / 1725

T = 210,080 / 1725

T = 121,8 libras-pie

Búsqueda de caballos de fuerza:

La energía eléctrica está valorada en caballos de fuerza o vatios. Un caballo de fuerza es una unidad de potencia igual a 746 watts o 33,0000 lbs-pies por minuto (550 lbs-pies por segundo). Un vatio es una unidad de medida igual a la potencia producida por una corriente de 1 amperio a través de la diferencia de potencial de 1 voltio. Se trata de 1 / 746 de 1 caballo de fuerza. El vatio es la unidad básica de energía eléctrica. Potencia del motor está valorada en caballos de fuerza y los vatios.


Caballos de vapor se utiliza para medir la energía producida por un motor eléctrico mientras se hace el trabajo.


Para calcular la potencia de un motor cuando la eficiencia de corriente, voltaje son conocidos:


HP = (V x I x Eff) / 746


HP = caballo de fuerza
V = voltaje
I = corriente (amperios)
Eff = Eficiencia


Ejemplo: ¿Cuál es la potencia de un motor de 230v dibujo 4 amperios con el 82% de eficiencia?


HP = (V x I x Eff) / 746

HP = (230 x 4 x .82) / 746

HP = 754,4 / 746

HP = 1


Eff = eficiencia / HP = caballos de fuerza / V = voltios / A = amperios / PF = factor de potencia

Para calcular la potencia de un motor cuando se conoce la velocidad y par motor:


HP = (rpm x T(torque)) / 5252 (constantes)


• Ejemplo: ¿Cuál es la potencia de un motor de 1.725 rpm, con un 3,1 libras FLT-pie?

HP = (rpm x T) / 5252

HP = (1725 x 3,1 ) / 5252

HP = 5347,5 / 5252

HP = 1

Glosario

CARCASA: Armazón exterior de una cosa.

CORRIENTE: es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.

ESQUEMA: Representación mental o simbólica de una cosa material o inmaterial o de un proceso en la que aparecen relacionadas de forma lógica sus líneas o rasgos esenciales.

ESTATOR: En las dinamos y motores eléctricos, circuito fijo dentro del cual gira el móvil o rotor.

FUERZA: es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas.

IMÁN: es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que atrae a otros imanes y/o metales ferromagnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones de estos). Puede ser natural o artificial.

MOTOR: Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.

PRECAUCIÓN: Cuidado y reserva de una persona al hablar o actuar para prevenir un daño o un peligro, o sigilo con el que procede para evitar que sea advertida su presencia.

ROTOR: Pieza de una máquina electromagnética o de una turbina que gira dentro de un elemento fijo.

SERIE: Conjunto de cosas relacionadas entre sí o con ciertas características comunes, que están o se suceden unas a otras siguiendo un orden.

VELOCIDAD: Relación que se establece entre el espacio o la distancia que recorre un objeto y el tiempo que invierte en ello.

VOLTAJE: es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos.

Mapa Mental