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Maquinas eléctricas Brandon Isaac Verduzco Sánchez Instituto tecnológico de Tijuana Tijuana, México

I.

PARTES DE UN MOTOR D.C.

A. Bastidor El bastidor magnético está hecho de hierro fundido o acero y forma parte integral del estator o la parte estática del motor. Su función principal es formar una cubierta protectora sobre las sofisticadas partes internas del motor y proporcionar soporte a la armadura. También es compatible con el sistema de campo al alojar los polos magnéticos y el devanado de campo del motor de CC.

B. Polos del motor Los polos magnéticos del motor de CC son estructuras encajadas en la pared interna del yugo con tornillos. La construcción de polos magnéticos se compone básicamente de dos partes. A saber, el núcleo del polo y la zapata del polo se apilan juntos bajo presión hidráulica y luego se unen al yugo.

C. Devanado El devanado de campo del motor de corriente continua está hecho con bobinas de campo (cable de cobre) enrolladas sobre las ranuras de las zapatas de los postes de tal manera que cuando la corriente de campo fluye a través de él, entonces los polos adyacentes tienen una polaridad opuesta. El devanado de campo básicamente forma un electroimán, que produce un flujo de campo dentro del cual gira la armadura del rotor del motor de CC, y da como resultado el corte efectivo del flujo.

D. Armadura El devanado del inducido del motor de corriente continua está unido al rotor, o la parte giratoria de la máquina, y como resultado se somete a un campo magnético que altera la trayectoria de su rotación, lo que resulta directamente en pérdidas magnéticas. Por esta razón, el rotor está hecho de núcleo de armadura, que está hecho con varios laminados de acero de silicio de baja histéresis, para reducir las pérdidas magnéticas como la histéresis y la pérdida por corrientes de Foucault respectivamente. Estas hojas de acero laminadas se apilan juntas para formar la estructura cilíndrica del núcleo de la armadura.

D. Conmutador El conmutador del motor de corriente continua es una estructura cilíndrica formada por segmentos de cobre

apilados juntos, pero aislados entre sí por mica. Su función principal en lo que concierne al motor de CC es conmutar o transmitir la corriente de alimentación desde la red al devanado del inducido alojado sobre una estructura giratoria a través de los cepillos del motor de CC.

E. Cepillos Los cepillos del motor de corriente continua están hechos con estructuras de carbono o grafito, haciendo contacto deslizante sobre el conmutador giratorio. Los cepillos se utilizan para transmitir la corriente del circuito externo a la forma del conmutador giratorio donde fluye hacia el devanado del inducido. Por lo tanto, el conmutador y la unidad de cepillo del motor de CC se ocupan de transmitir la potencia del circuito eléctrico estático a la región de rotación mecánica o al rotor.

II.

FUNCIONAMIENTO DE PARTES ELECTRÓNICAS

A. Impedancia La reactancia, indicada como X, es una expresión de la medida en que un componente, circuito o sistema electrónico almacena y libera energía a medida que la corriente y el voltaje fluctúan con cada ciclo de CA. La reactancia se expresa en un número imaginario en ohmios. Se observa para CA, pero no para DC. Cuando la AC pasa a través de un componente que contiene reactancia, la energía puede almacenarse y liberarse en forma de un campo magnético, en cuyo caso la reactancia es inductiva (denotada como + jXL); o la energía podría almacenarse y liberarse en forma de un campo eléctrico, en cuyo caso la reactancia es capacitiva (denotada -jXC). La reactancia se multiplica convencionalmente por la raíz cuadrada positiva de -1, que es el número imaginario unitario denominado operador j, para expresar Z como un número complejo de la forma R + jXL (cuando la reactancia neta es inductiva) o R - jXC (cuando la reactancia neta es capacitiva).

B. Resistencia La reactancia, indicada como X, es una expresión de la medida en que un componente, circuito o sistema electrónico almacena y libera energía a medida que la corriente y el voltaje fluctúan con cada ciclo de CA. La reactancia se expresa en un número imaginario en ohmios. Se observa para CA, pero no para DC. Cuando la AC pasa a través de

un componente que contiene reactancia, la energía puede almacenarse y liberarse en forma de un campo magnético, en cuyo caso la reactancia es inductiva (denotada como + jXL); o la energía podría almacenarse y liberarse en forma de un campo eléctrico, en cuyo caso la reactancia es capacitiva (denotada -jXC). La reactancia se multiplica convencionalmente por la raíz cuadrada positiva de -1, que es el número imaginario unitario denominado operador j, para expresar Z como un número complejo de la forma R + jXL (cuando la reactancia neta es inductiva) o R - jXC (cuando la reactancia neta es capacitiva).

B. Capacitancia La capacitancia es la capacidad de un componente o circuito para recolectar y almacenar energía en forma de carga eléctrica. Los condensadores son dispositivos de almacenamiento de energía disponibles en muchos tamaños y formas. Consisten en dos placas de material conductor (generalmente un metal delgado) intercaladas entre un aislante hecho de cerámica, película, vidrio u otros materiales, incluso aire. El aislante también se conoce como dieléctrico y aumenta la capacidad de carga de un condensador. Los condensadores a veces se denominan condensadores en las industrias automotriz, marina y de aviación. Las placas internas están conectadas a dos terminales externos, que a veces son largos y delgados y pueden parecerse a pequeñas antenas o patas metálicas. Estos terminales se pueden conectar a un circuito. Tanto los condensadores como las baterías almacenan energía. Mientras las baterías liberan energía gradualmente, los condensadores la descargan rápidamente.

B. Inductancia La inductancia es la capacidad de un inductor para almacenar energía y lo hace en el campo magnético creado por el flujo de corriente eléctrica. Se necesita energía para configurar el campo magnético y esta energía debe liberarse cuando el campo cae. Como resultado del campo magnético asociado con el flujo de corriente, los inductores generan una tensión opuesta proporcional a la tasa de cambio en la corriente en un circuito. La inductancia es causada por el campo magnético generado por las corrientes eléctricas que fluyen dentro de un circuito eléctrico. Normalmente, las bobinas de alambre se utilizan como una bobina que aumenta el acoplamiento del campo magnético y aumenta el efecto.

B. Reactancia Reactancia, en electricidad, medida de la oposición que un circuito o una parte de un circuito presenta a la corriente eléctrica en la medida en que la corriente varía o alterna. Las corrientes eléctricas constantes que fluyen a lo largo de los conductores en una dirección sufren una oposición llamada resistencia eléctrica, pero no reactancia. La reactancia está presente además de la resistencia cuando los conductores transportan corriente alterna. La reactancia también se

produce en intervalos cortos cuando la corriente continua cambia a medida que se aproxima o se sale del flujo constante, por ejemplo, cuando los interruptores están cerrados o abiertos.

III.

PREGUNTAS

1. ¿Qué es la regulación de velocidad de un motor de D.C.? Entre los métodos más habituales para regular la velocidad en un motor de corriente continua, el más extendido por su fiabilidad y sencillez, es el de Modulación de Ancho de Pulso- PWM. Esta técnica consiste en trabajar con una señal digital cuadrada, en la cual podemos variar el ciclo de trabajo sin variar la frecuencia. El ciclo de trabajo describe la cantidad de tiempo que la señal está en un estado lógico alto, como un porcentaje del tiempo total que esta toma para completar un ciclo completo. La frecuencia determina con qué rapidez se completa un ciclo, y por lo tanto, con qué velocidad se cambia entre los estados lógicos alto y bajo. Al modificar una señal de estado alto a bajo; en un espacio temporal reducido y con un cierto ciclo de trabajo, la salida parecerá comportarse como una señal analógica constante cuanto está siendo aplicada a algún dispositivo.

2. ¿Cómo se puede controlar la velocidad de un motor de D.C. en derivación? Para lograr el control de velocidad se utilizan dos métodos comunes y un método menos usual. Los métodos son: 1. Ajustar la resistencia de campo 𝑅 𝐹 (por lo tanto, el flujo de campo). 2. Ajustar el voltaje en las terminales aplicado al inducido. 3. Insertar una resistencia en serie con el circuito del inducido y con lo cual ajusta el voltaje en las terminales aplicadas al inducido (este es el método menos usual para controlar la velocidad).

3. ¿Cuál es la diferencia practica entre un motor de D.C. de excitación separada y uno en derivación? El de excitación separada obtiene la alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes. Con ello, el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es entonces prácticamente constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán sólo a la disminución de la fuerza electromotriz por aumentar la caída de tensión en el rotor. El en derivación su velocidad no disminuye más que ligeramente cuando el par aumenta. En los motores de corriente continua y especialmente los de velocidad prácticamente constante, la variación de velocidad producida cuando funciona en carga y en vacío da una base de criterio para definir sus características de funcionamiento.

4. ¿Qué efecto tiene la reacción del inducido en la característica par velocidad de un motor de D.C. en derivación? El efecto de reducción de flujo es el incremento de la velocidad de un motor ante cualquier carga, mas allá de a velocidad del motor ante cualquier carga mas ala de la velocidad a la que operaria si no tuviera una relación del inducido

5. ¿Cuáles son las características principales de un motor de D.C. en serie y cuáles son sus usos? Características: 1. Su devanado de campo consta de pocas vueltas. la corriente del inducido, la corriente de campo y la corriente de línea son iguales. 2. Su flujo es directamente proporcional a la corriente de inducido. 3. Cuando se incrementa la carga del motor también aumenta su flujo ocasionando una disminución en su velocidad. 4. El motor en serie produce más par por amperio que cualquier otro motor de D.C. Son usados por ejemplo en motores de arranque en vehículos, motores de elevadores, motores de tracción en locomotoras, etc.

6. ¿Cuáles son las características de un motor de D.C. con compuesto acumulativo? En el motor de cd compuesto acumulativo hay un componente del flujo que es constante y otro que es proporcional a la corriente del inducido (y, por lo tanto, a su carga). Esto significa que el motor compuesto acumulativo tiene un par de arranque más alto que un motor en derivación (cuyo flujo es constante), pero un par de arranque menor que el de un motor en serie (cuyo flujo total es proporcional a la corriente del inducido).

En un motor de este tipo cuando la resistencia del campo aumenta causando un aumento enorme en la corriente de inducido; esto provoca que la velocidad del motor se incremente desmesuradamente y sin control hasta producirse un efecto conocido como embalsamiento del motor; efecto que de no ser controlado puede causar daños en el motor.

9. ¿Por qué se utiliza un resistor de arranque en los circuitos de motores D.C.? Una solución para el problema del exceso de corriente durante el arranque es la inserción de un resistor de arranque en serie con el inducido para limitar el flujo de corriente hasta que EA se acumule y actúe como limitante. Este resistor no debe estar permanentemente en el circuito, puesto que provocaría pérdidas excesivas y que la característica parvelocidad del motor caería excesivamente con un aumento de la carga.

10. ¿Cómo se puede invertir la dirección de rotación de un motor de D.C. de excitación separada? Invirtiendo el paso de la corriente a través del inducido de la máquina.

11. ¿Cómo se puede invertir la dirección de rotación de un motor de D.C. en derivación? Invirtiendo el paso de la corriente a través de todos los arrollamientos de campo.

12. ¿Cómo se puede invertir la dirección de rotación de un motor de D.C. en serie? De la misma manera que el de en derivación, invirtiendo el paso de la corriente a través de todos los arrollamientos de campo.

Bibliografía 7. ¿Cuáles son los problemas asociados con un motor de D.C. compuesto diferencial? Un problema surge al aumentar la carga ya que el flujo en el motor disminuye y la velocidad aumenta por lo que es inestable y tiende a embalarse. es casi imposible arrancar tal motor debido a que las corrientes son muy grandes. también el flujo serie se resta del flujo de derivación, el campo serie puede invertir la polaridad magnética de los polos de la máquina.

1. 2. 3.

4.

8. ¿Qué sucede en un motor de D.C. en derivación si se abre el circuito de campo cuando está en operación?

5.

Chapman, S. (2012). Máquinas Eléctricas. México: Mc Graw Hill. DiyMakers: “Control velocidad y sentido de motor DC”. Keeping, S. Digi-Key: “Control en modos de voltaje y de corriente para la generación de señales PWM en reguladores de conmutación CC-CC”. Maureira, R: “Control de velocidad de motores C.C.”. Pompa, P. Super Robótica: “Control de velocidad y giro para motor de corriente continua”.