motor de corriente continua
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MOTOR DE CORRIENTE C ONTINUA
El motor de corriente continua es una
máquina que convierte la energía eléctrica en
mecánica, principalmente mediante el
movimiento rotatorio.
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, micros motores,
entre otros.)
La principal característica del motor de corriente continua es la
posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.
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 C.C. con el rotor de imanes
permanentes para aplicaciones especiales.
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:
• Serie
• Paralelo
• Mixto
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.
Esquema de un motor de corriente continua
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 derecha, con módulo
F= B x L x I.
F: Fuerza en newton.
I: Intensidad que recorre el conductor en amperios.
L: Longitud del conductor en metros lineales.
B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas.
El rotor no solo tiene un conductor, sino 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 F.MM. (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.
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.
INDUCIDO DE C.C.
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.
CONSTITUCIÓN
1. Carcasa
2. Tapa Anterior (Frente)
3. Base
4. Flecha o Eje del Rotor
5. Caja de Conexiones
6. Tapa Posterior.
ADEMÁS INTERNAMENTE ESTÁ CONFORMADO POR:
- Inductor.
- Polo inductor.
- Inducido, al que va arrollado un conductor de cobre formando el
arrollamiento.
- Núcleos polares, va arrollando, en forma de hélice al arrollamiento de
excitación.
- Cada núcleo de los polos de conmutación lleva un arrollamiento de
conmutación.
- Conmutador o colector, que esta constituido por varias láminas aisladas
entre sí.
El arrollamiento del inducido está unido por conductores con las
laminas del colector. Sobre la superficie del colector rozan unos contactos
a presión mediante unos muelles. Dichas piezas de contacto se llaman
escobillas. El espacio libre entre las piezas polares y el inducido se llama
entrehierro.
Visto el fundamento por el que se mueven los motores de C.C., es
fácil intuir que la velocidad que alcanzan éstos dependen en gran medida
del equilibrio entre el par motor en el rotor y el par antagonista que
presenta la resistencia mecánica en el eje.
EXCITACIÓN.
La forma de conectar las bobinas del estator es lo que se define
como tipo de excitación. Podemos distinguir entre:
INDEPENDIENTE: Los devanados del estator se conectan
totalmente por separado a una fuente de corriente continua, y el motor se
comporta exactamente igual que el de imanes permanentes. En las
aplicaciones industriales de los motores de C.C. es la configuración más
extendida.
SERIE: Consiste en conectar el devanado del estator en serie con
el de la armadura. Se emplea cuando se precisa un gran par de arranque,
y precisamente se utiliza en los automóviles. Los motores con este tipo de
excitación se embalan en ausencia de carga mecánica. Los motores con
esta configuración funcionan también con corriente alterna.
PARALELO: Estator y rotor están conectados a la misma tensión,
lo que permite un perfecto control sobre la velocidad y el par.
COMPOUND: Del inglés, compuesto, significa que parte del
devanado de excitación se conecta en serie, y parte en paralelo. Las
corrientes de cada sección pueden ser aditivas o sustractivas respecto a
la del rotor, lo que da bastante juego, pero no es este el lugar para entrar
en detalles al respecto.
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:
U= (R x I) + E (1)
U: Tensión media aplicada.
R x I: 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 (R x I) 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.
CAJA DE BORNES
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.
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.
CONCLUSION ES
Un motor eléctrico de corriente continua es esencialmente una
máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo
mecánico, a través de medios electromagnéticos, que para funcionar se
vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos.
Los motores de CC son empleados para grandes potencias. Son
motores industriales que necesitan una gran cantidad de corriente para el
arranque.
Los motores de corriente continua son de menos utilización que los
motores de corriente alterna en el área industrial, debido que los motores
de corriente alterna se alimentan con los sistemas de distribución de
energías "normales".
Los motores de CC llevan circuitos integrados para regular la toma
de corriente de la línea y así no generar bajones de intensidad de la
corriente.
El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas
fundamentales:
- Rotor
- Estator
Dentro de éstas se ubican los demás componentes como:
- Escobillas y porta escobillas
- Colector
- Eje
- Núcleo y devanado del rotor
- Imán Permanente
- Armazón
-Tapas o campana
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua
http://www.infowarehouse.com.ve/pugoz/ingelect/ingelec_motorcc.pdf
http://perso.wanadoo.es/luis_ju/ebasica2/mcc_01.html
http://www.unicrom.com/Tut_MotorCC.asp
Máquinas Eléctricas, Chapman
Máquinas Eléctricas y Transformadores, Kosow
www.infowarehouse.com.ve
www.unicrom.com
INTRODUCCIÓN
Un físico y químico británico que estudió el electromagnetismo y la
electroquímica. Faraday, Michael (1791-1867), fue el que descubrió el
principio de el motor eléctrico el descubrió la inducción. Inducción es la
generación de una corriente eléctrica en un conductor en movimiento en
el interior de un campo magnético físico. A partir de ese descubrimiento
se potencio el estudio sobre la electrónica. Para calcular la inducción
magnética se tiene que aplicar esta formula.
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.
Los motores de corriente directa son insuperables para
aplicaciones en las que debe ajustarse la velocidad, así como para
aplicaciones en las que requiere un par grande. En la actualidad se
utilizan millones de motores de C.D. cuya potencia es de una fracción de
caballo en la industria del transporte como: automóviles, trenes y aviones,
donde impulsan ventiladores, de diferentes tipos para aparatos de a/c,
calentadores y descongeladores: también mueven los limpiadores de
parabrisas y acción de levantamiento de asiento y ventanas. También son
muy útiles para arrancar motores de gasolina y diesel en autos, camiones,
autobuses tractores y lanchas.
El motor de C.D. tiene un estator y un rotor (ARMADURA). El
estator contiene uno no más devanados por cada polo, los cuales están
diseñados para llevar intensidades de corriente directas que establecen
un campo magnético.
La ARMADURA, y su devanado están ubicados en la trayectoria de
este campo magnético y cuando el devanado lleva Intensidades de
Corriente, se desarrolla un par-motor que hace girar el motor. Hay un
COMUTADOR conectado al devanado de la armadura, si no se utilizara
un conmutador, el Motor solo podría dar una fracción de vuelta y luego se
detendría.
Para que un motor de C.D. pueda funcionar, es necesario que pase
una Intensidad de Corriente por el devanado de Armadura. El estator
debe de producir un campo m (flujo) magnético con un devanado de
derivación o serie (o bien, una combinación de ambos).
El par que se produce en un motor de C.D. es directamente
proporcional a la Intensidad de Corriente de la armadura y al campo del
estado. Por otro lado, la velocidad de motor la determinara principalmente
la Tensión de la Armadura y el campo del Estator. La velocidad del motor
también aumenta cuando se reduce el campo del estator. En realidad, la
velocidad puede aumentar en forma peligrosa cuando, por accidente, se
anula el campo del estator. Como ya sabemos los motores de CD pueden
explotar cuando trabajan a velocidades muy altas. El motor de C.D. que
se usa aquí, ha sido diseñado para soportar posibles condiciones de
exceso de velocidad.