Maquinas Eléctricas-motores Cc

Maquinas eléctricas motores de CD o CC

Vargas Galvez, Laura Solis Sosa, Jairo Pech, Daniel

• Ingeniería en Energía.• 7to semestre.• Maquinas Eléctricas• Motores de CC o CD

LAS MAQUINAS DE C.C. SE CLASIFICAN EN:• GENERADORES (DINAMOS)

• MOTORES ELECTRICOS

• SON MÁQUINAS REVERSIBLES

• EL MOTOR CONVIERTE LA ENERGIA ELECTRICA EN MECANICA• EL GENERADOR CONVIERTE LA ENERGIA MECÁNICA EN ELECTRICA

GENERADOR (DINÁMO):• EN LA DINÁMO GENERADOR EL MOVIMIENTO

GIRATORIO ES SUMINISTRADO POR UNA FUENTE EXTERIOR APLICADA AL EJE CON EN FIN DE GENERAR ENERGIA ELÉCTRICA.

• EN EL MOTOR LA FUENTE ES ENERGÍA ELÉCTRICA QUE SE SUMINISTRA EN LOS BORNES AL DEVANADO Y AL CAMPO MAGNÉTICO DE LA MAQUINA CON EL FIN DE GENERAR ENERGÍA MECÁNICA.

MOTOR:• EN EL MOTOR LA FUENTE ES ENERGÍA ELÉCTRICA QUE

SE SUMINISTRA EN LOS BORNES AL DEVANADO Y AL CAMPO MAGNÉTICO DE LA MAQUINA CON EL FIN DE GENERAR ENERGÍA MECÁNICA.

PARTES ESENCIALES DE UNA MÁQUINA DE C.C.

ASPECTO EXTERIOR DE UNA MÁQUINA DE C.C.

PARTES DE UNA MÁQUINA DE C.C.

•CIRCUITO INDUCTOR•CIRCUITO INDUCIDO

CIRCUITO INDUCTOR:• SE ENCUENTRA EN LA FIJA DE MÁQUINA Y RECIBE EL NOMBRE DE

ESTATOR• ESTÁ CONSTITUIDO POR:

• CARCASA O CULATA• NÚCLEO POLAR DE UN POLO INDUCTOR• PIEZA POLAR DE UN POLO INDUCTOR• NÚCLEO POLAR DE UN POLO AUXILIAR O DE CONMUTACIÓN• PIEZA POLAR DE UN POLO AUXILIAR O DE CONMUTACIÓN• ENTREHIERRO• BOBINADOS DE EXCITACIÓN O BOBINADO INDUCTOR• BOBINADO AUXILIAR O DE CONMUTACIÓN

CARCASA O CULATA:

• ES EL SOPORTE DE TODOS LOS ELEMENTOS DE MÁQUINA Y SIRVE DE RETORNO DE LOS FLUJOS CREADOS POR LOS BOBINADOS AUXILIARES O DE EXCITACIÓN.

• ESTÁ FABRICADA EN ACERO FUNDIDO O LAMINADO.

NUCLEO POLAR DE UN POLO INDUCTOR:

• SON MASAS MAGNÉTICAS DONDE VA ALOJADO EL BOBINADO DE EXCITACIÓN.

• SON DE CHAPA DE ACERO DULCE, SE UNEN A LA CARCASA POR PERNOS.

PIEZA POLAR DE UN POLO INDUCTOR:

• SE LLAMA TAMBIÉN EXPANSIÓN POLAR, ES LA PARTE MÁS CERCANA AL INDUCIDO.

• MEDIANTE LA EXPANSIÓN POLAR SE REDUCE LA RELUCTANCIA MAGNÉTICA Y POR CONSIGUIENTE EL FLUJO DE DISPERSIÓN Y LAS PERDIDAS MAGNÉTICAS.

MEJORA DEL FLUJO INDUCTOR

NUCLEO POLAR DE UN POLO AUXILIAR O DE CONMUTACIÓN:

• ES EL NUCLEO MAGNÉTICO DONDE VA SITUADO EL BOBINADO AUXILIAR.

• ESTÁ CONSTITUIDO POR CHAPA DE ACERO DULCE• SE UNE A LA CARCASA MEDIANTE PERNOS

DESMONTABLES

PIEZA POLAR DE UN POLO AUXILIAR O DE CONMUTACIÓN

• La mismas características y función que la pieza polar de un polo de excitación, pero de menor tamaño.

ENTREHIERRO

• ESPACIO QUE EXISTE ENTRE EL CIRCUITO MAGNÉTICO DEL BOBINADO INDUCTOR Y EL CIRCUITO MAGNÉTICO DEL BOBINADO INDUCIDO.

BOBINADO DE EXCITACIÓN O BOBINADO INDUCTOR

• ES EL QUE PRODUCE EN EL ESTATOR EL CAMPO MAGNÉTICO CUYO FLUJO CREA LAS CORRIENTES INDUCIDAS EN EL INDUCIDO O ROTOR.

BOBINADOS AUXILIAR O DE CONMUTACIÓN

• ESTÁ CONECTADO EN SERIE CON EL BOBINADO INDUCCIÓN.

• ESTÁ DESTINADO A MEJORAR LA CONMUTACIÓN• REALIZAN UNA FUNCIÓN MUY IMPORTANTE EN EL

FUNCIONAMIENTO DE LA MÁQUINA.

EXCITACIÓN DE LAS MÁQUINAS DE C.C.

• EXCITACIÓN INDEPENDIENTE• AUTOEXCITADAS.

• EXCITACIÓN SERIE• EXCITACIÓN SHUNT• EXCITACIÓN COMPUND

EXCITACIÓN INDEPENDIENTE• EL BOBINADO DE EXCITACIÓN DE LA MÁQUINA ES

ALIMENTADO POR UNA FUENTE DE C.C. EXTERIOR.• LA CORRIENTE DE EXCITACIÓN PUEDE SR REGULADA

POR UN REOSTATO O POR LA PROPIA FUENTE.• SU UTILIZACIÓN ES LIMITADA POR NECESITAR DE UN

FUENTE EXTERIOR PARA SU EXCITACIÓN.

excitación independiente

MAQUINAS AUTOEXCITADAS

• LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN DEL BOBINADO DE EXCITACIÓN LLEGA A TRAVÉS DEL INDUCIDO DE LA PROPIA MÁQUINA.

• EN LOS GENERADORES EL FLUJO INICIAL DE EXCITACIÓN SE PRODUCE POR HISTÉRISIS.

• EN LOS MOTORES, EL BOBINADO DE EXCITACIÓN SE ALIMENTA A TRAVÉS DE LA RED DE C.C.

EXCITACIÓN SERIE

• LA BOBINAS INDUCTURAS SON RECORRIDAS POR LA MISMA CORRIENTE GENERADA POR EL INDUCIDO Y ABSORVIDA POR LA CARGA.

• SON DE POCAS ESPIRAS Y SECCIÓN GRANDE, PARA TENER LA MENOR CAIDA DE TENSIÓN POSIBLE.

excitación serie

EXCITACIÓN SHUNT

• EL CIRCUITO INDUCTOR ESTÁ CONECTADO ESTÁ CONECTADO EN DERIVACIÓN CON EL CIRCUITO INDUCIDO Y CON LA CARGA.

• LAS BOBINAS ESTÁN CONSTITUIDAS POR UN NÚMERO ELEVADO DE ESPIRAS Y POCA SECCIÓN.

excitación shunt

EXCITACIÓN COMPUND

• CONSTITUIDA POR DOS CIRCUITOS, UNO SERIE Y OTRO EN DERIVACIÓN.

• ÉSTA MAQUINA REUNE LAS CARACTERÍSTICAS DE LA CONEXIÓN SERIE Y DE LA CONEXIÓN SHUNT, POR LO QUE MEJORA BASTANTE LAS DEFICIENCIAS DE LAS ANTERIORES.

excitación compound

MÁQUINAS DE C.C.

INDEPENDIENTESU SECCIÓN Y NÚMERO

DE ESPIRAS DEPENDEDE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

SERIESUS BOBINAS TIENEN

POCASESPIRAS Y MUCHA SECCIÓN

SHUNTSUS BOBINAS SON DE

MUCHASESPIRAS Y CON POCA

SECCIÓN

COMPOUNDBOBINAS SERIE Y

DERIVACIÓNCADA UNA CON SUS

CARCTERÍSTICAS

BOBINADOS INDUCTORES

PLACA DE BORNAS DE UNAM. C.C.LETRAS CIRCUITO AL QUE CORRESPONDE

A-B / A1-A2 BOBINADO INDUCIDO

C-D / E1-E2 BOBINADO INDUCTOR SHUNT

E-F / D1-D2 BOBINADO INDUCTOR SERIE

G-H / B1-B2 BOBINADO INDUCTOR DE CONMUTCIÓN

J-K / F1-F2 BOBINADO INDUCTOR INDEPENDIENTE

CIRCUITO INDUCIDO DE LA MÁQUINA DE C.C.

• INDUCIDO• COLECTOR• ESCOBILLAS

DIFERENTES ELEMENTOS DE UNA MÁQUINA DE C.C.

INDUCIDO• TAMBIÉN DENOMINADO, ROTOR, ES LA PARTE DE LA

MÁQUINA QUE GIRA Y DONDE VA ALOJADO EL BOBINADO• ESTÁ FORMADO POR CHAPAS MAGNÉTICAS AISLADAS

ENTRE SÍ POR UN BARNIZ.• EXISTEN TRES TIPOS DE INDUCIDOS:

• DE ANILLO• DE DISCO• DE TAMBOR

• EL BOBINADO DE TAMBOR ES EL MÁS UTILIZADO POR PRESENTAR MÁS VENTAJAS QUE EL RESTO:

• GRAN APROVECHAMIENTO DEL COBRE• MENOR RESISTENCIA ÓHMICA• MENORES PÉRDIDAS POR CALOR Y MAYOR RENDIMIENTO

COLECTOR• ES UN CILINDRO ADHERIDO AL EJE DEL INDUCIDO

DONDE VA CONECTADO EL BOBINADO DEL INDUCIDO POR MEDIO DE UNAS PLETINAS DE COBRE AISLADAS ENTRE ELLAS POR UNA CAPA DE MICA.

• EN LAS DELGAS SE CONECTAN LOS PRINCIPIOS Y FINALES DE CADA ESPIRA DEL BOBINADO INDUCIDO.

ESCOBILLAS• LAS ESCOBILLAS SON PIEZAS FIJAS COMPUESTAS POR

MEZCLA DE DIFERENTES TIPOS DE CARBÓN.• ALOJADAS EN UN PORTAESCOBILLAS• LAS ESCOBILLAS PUEDEN SER DE DIFERENTES FORMAS Y

TAMAÑOS EN FUNCIÓN DEL TIPO DE PORTAESCOBILLA Y POTENCIA DE LA MÁQUINA.

BOBINADOS DEL ROTOR• BOBINA.- ES UN NÚMERO DETERMINADO DE ESPIRAS

CONECTADAS ENTRE SÍ.• LA BOBINA CONSTA DE UNA PARTE ACTIVA QUE SE

ENCUENTRA EN EL INTERIOR DE LA RANURA (SECCIÓN INDUCIDA) Y OTRA PARTE EN EXTERIOR DE LA RANURA QUE UNE LOS LADOS ACTIVOS Y SE DENOMINA CABEZA DE BOBINA.

• LAS BOBINAS SE PUEDEN CONSTRUIR DE HILOS O DE PLETINAS.

BOBINADO INDUCIDO

• SE CONSTRUYEN, LA GRAN MAYORÍA, EN TAMBOR

• GENERALMENTE DE DOS CAPAS POR RANURA

CONDICIONES DEL BOBINADO INDUCIDO

• SERÁN CERRADOS.• LAS F.E.M.S GENERADAS EN LOS DIFERENTES CIRCUITOS PARALELOS

SERÁN IGUALES• LAS RESISTENCIAS ÓHMICAS DE LOS DIFERENTES CIRCUITOS

PARALELOS HAN DE SER IGUALES.• LAS BOBINAS SERÁN IGUALES EN LONGUITUD Y NUMERO DE ESPIRAS.

• NÚMERO DE BOBINAS.- EN LOS BOBINADOS DE DOS CAPAS EL NÚMERO DE BOBINAS ES IGUAL AL NUMERO DE RANURAS.

B = K• SECCIONES INDUCIDAS.- LAS BOBINAS PUEDEN ESTAR

CONSTITUIDAS CON UNO O MÁS HILOS.• SI ESTÁN CON UN HILO TENDRÁ UN PRINCIPIO Y UN FINAL.- UNA

SECCIÓN INDUCIDA.• SI ESTÁN CONSTITUIDAS CON DOS O HILOS TENDRÁ DOS PRINCIPIOS Y

DOS FINALES .- DOS SECIONES INDUCIDAS.-• ASÍ SUCESIVAMENTE.

• PASO POLAR.- ES LA DISTANCIA QUE HAY ENTRE DOS POLOS CONTIGUOS.

• YP = PASO POLAR

• K = número de ranuras del inducido

• 2p = número de polos de la máquina

• ANCHO DE SECCIÓN.- DISTANCIA MEDIDA EN SECIONES INDUCIDAS ENTRE LOS LADOS ACTIVOS DE UNA MISMA SECCIÓN.

Y1 = YK . U

• PASO DE RANURA.- ES EL NÚMERO DE RANURAS QUE DEBE AVANZAR EL OTRO LADO ACTIVO DE LA BOBINA PARA INTRODUCIRLA EN LA RANURA.

• EL PASO DE RANURA SÓLO SE ALARGARÁ O ACORTARÁ:• EN MÁQUINAS CON POLOS AUXILIARES SÓLO SE PODRÁ ACORTAR O

ALARGAR CUANDO EL PASO POLAR SEA FRACCIONARIO. (SIEMPRE MENOR DE LA UNIDAD)

• MAQUINAS SIN POLOS AUXILIARES SE PODRRÁ ALARGAR MÁS DE LA UNIDAD.

• BOBINADOS ONDULADOS.- CUANDO LA CORRNIENTE AVANZA HACIENDO ONDAS DE FORMA CONTÍNUA.

• BOBINADOS IMBRICADOS.- CUANDO LA CORRIENTE AVANZA O RETROCEDE EN SENTIDO ESPIRAL.

• CONEXIÓN DE LAS BOBINAS.- EL PASO DE CONEXIÓN ES EL NÚMERO DE RANURAS QUE HAY QUE SALTAR DESDE EL LADO ACTIVO FINAL DE UNA BOBINA HASTA EL PRINCIPIO DEL HAZ ACTIVO DE LA BOBINA A LA QUE SE CONECTARÁ POR MEDIO DEL COLECTOR.

• SE REPRESENTA POR: (Y2)

PASO DE CONEXIÓN DE UN BOBINADO IMBRICADO

PASO DE CONEXIÓN DE UN BOBINADO ONDULADO

• PASO RESULTANTE.- ES LA SUMA RESULTANTE DEL ANCHO DE SECCIÓN Y DEL PASO DE CONEXIÓN.

• LA DISTANCIA QUE HAY ENTRE LOS PRINCIPIOS DE DOS HACES ACTIVOS CONSECUTIVOS.

• PASO DE COLECTOR.- ES LA DISTANCIA QUE EXISTE ENTRE LAS DELGAS DONDE ESTÁ CONECTADA EL PRINCIPIO DE UNA SECCIÓN INDUCIDA Y LA DELGA DONDE SE CONECTA EL FINAL DE LA MISMA.

• EL PASO DE COLECTOR TIENE EL MISMO VALOR QUE EL PASO RESULTANTE.

BOBINADOS IMBRICADOS (SIMPLES)

• PROGRESIVOS (SIN CRUZAR). SE DESPLAZA HACIA LA DERECHA Y LA CORRIENTE CIRCULA EN SENTIDO ALAS AGUJAS DEL RELOJ.

• REGRESIVOS (CRUZADOS).- SU DESPLAZAMIENTO ES HACIA LA IZQUIERDA.

• CONEXIONES EQUIPOTENCIALES.- CONEXIONES (RESISTENCIAS DE COMPENSACIÓN) QUE SE REALIZAN EN EL BOBINADO DEL INDUCIDO PARA CORREGIR DESCOMPENSACIONES DERIVADAS DE:

• DIFERENCIA EN EL ENTREHIERRO.• DIFERENTES MATERIALES O SECCIONES EN EL CIRCUITO MAGNÉTICO• DIFERENTES FLUJOS MAGNÉTICOS EN LAS BOBINAS.

• NÚMERO DE DELGAS DEL COLECTOR.- EL NÚMERO DE DELGAS SERÁ IGUAL AL NÚMERO DE SECCIONES INDUCIDAS.

• PASO DE ESCOBILLA.- EL NÚMERO DE ESCOBILLAS DEBE COINCIDIR CON EL NÚMERO DE POLOS DEL BOBINADO.

Nesc = D/2p

DATOS NECESARIOS PARA EL CÁLCULO

• NÚMERO DE RANURAS (K)• NÚMERO DE POLOS (2p)• NÚMERO DE SECCIONES POR BOBINA (U)• PROGRESIVO O REGRESIVO• CON CONEXIONES EQUIPOTENCIALES O SIN CONEXIONES

EQUIPOTENCIALES.

• NÚMERO DE CONEXIONES EQUIPOTENCIALES:

• Neq = K / p• NÚMERO DE BOBINAS

• Beq= K • PASO EQUIPOTENCIAL

• Yeq = K / p

• POSIBILIDAD DE EJECUCIÓN. EL COCIENTE QUE RESULTE ENTRE EL NUMERO DE RANURAS Y EL NUMERO DE PARES DE POLOS DEBE SER NUMERO ENTERO.

• PASO DE RANURA.- EL PASO DE RANUAR ES IGUAL AL PASO POLAR.

Yk = Yp (APROXIMADAMENTE)

• NUMERO DE DELGAS DEL COLECTOR.- GENERALMENTE SON DE DOS CAPAS

(B = K)

D = S = U . K

• PROGRESIVO.- Ycol = + 1

• REGRESIVO.-

ANCHO DE SECCIÓN.- Y1 = Yk . U

PASO DE SECCIÓN.-Y2 = Y1 - Ycol

PASO DE ESCOBILLAYesc= D / 2p

Ycol = - 1

BOBINADOS ONDULADOS

• TAMBIÉN DENOMINADOS BOBINADOS ONDULADOS SERIE• LAS BOBINAS SON CONECTADAS EN SERIE. • PUEDEN SER PROGRESIVOS Y REGRESIVOS• TAMBIÉN SE LES DENOMINA CRUZADOS Y SIN CRUZAR

• DIFERENCIAS:• ONDULADO PROGRESIVO.- EL DESPLAZAMIENTO SE REALIZA

HACIA LA DERECHA UN VEZ HA RECORRIDO TODA LA PERIFERIA DEL INDUCIDO, CONECTANDOSE EN LA SIGUIENTE DELGA

• ONDULADO REGRESIVO.- EL DESPLAZAMIENTO SE REALIZA HACIA LA IZQUIERDA, UNA VEZ QUE RECORRE TODA LA PERIFERIA DEL INDUCIDO, SE CONECTA A LA DELGA ANTERIOR DE LA PRIMERA CONEXIÓN.

• EN LOS BOBINADOS ONDULADOS SÓLO SE CONECTAN DOS RAMAS EN PARALELO, CON INDEPENDENCIA DEL NÚMERO DE ESCOBILLAS.

• LA LINEA DE ESCOBILLAS DE UN BOBINADO ONDULADO SIMPLE SERÁ DE DOS, UNA POR CADA POLO.

• LA DISTANCIA EN DELGAS SERÁ.

Yesc= D / 2p

• PASO DE COLECTOR.- EL NUMERO DE DELGAS Y DE PARES DE POLOS DEBE SER UN NÚMERO PRIMO.

D = S = U . K

Ycol = D ± 1 / p

FÓRMULA GENERAL DE LOS BOBINADOS ONDULADOS

• CONDICIONES QUE DEBEN CUMPLIR LOS BOBINADOS ONDULADOS:• EL NÚMERO DE RANURAS DEL INDUCIDO Y EL NÚMERO DE PARES DE POLOS

SERÁN NÚMERO PRIMO.• EL NÚMERO DE PARES DE POLOS POR BOBINA Y EL NÚMERO DE SECCIONES

INDUCIDAS DEBERÁN SER NÚMERO PRIMO.

PROCESO DE CÁLCULO DE UN BOBINADO ONDULADO SERIE

• NÚMERO DE RANURAS (K)• NÚMERO DE POLOS (2p)• NÚMERO DE SECIONES POR BOBINA (U)• PROGRESIVO O REGRESIVO• CON EXIONES EQUIPOTENCIALES, SI LAS HAY.• SINO SE PUEDE REALIZAR DE FORMA NORMAL,

INDICAR SI TIENE UNA SECCIÓN MUERTA O CIERRE ARTIFICIAL.

• POSIBILIDAD DE EJECUCIÓN. EL COCIENTE QUE RESULTE ENTRE EL NUMERO DE RANURAS Y EL NUMERO DE SECCIONES INDUCIDAS DEBE SER NÚMERO PRIMO DEL NÚMERO DE PARES DE POLOS.

K / U = p

• EN CASO DE NO CUMPLIRSE LA CONDICIÓN, SE REALIZARÁ EL BOBINADO CON UNA SECCIÓN MUERTA O CON CIERRE ARTIFICIAL.

• PASO DE RANURA.- EL PASO DE RANUAR ES IGUAL AL PASO POLAR. (APROXIMADAMENTE)

Yk = Yp = K / 2p

• NUMERO DE DELGAS DEL COLECTOR.- PARA EL BOBINADO ONDULADO, PROGRESIVO O REGRESIVO, EL PASO DE COLECTOR SERÁ:

D = S = U . K • TAMBIÉN SE UTILIZA ÉSTA FORMULA CUANDO SE HACE EL CIERRE ARTIFICIAL. CUANDO TENGA UNA

SECCIÓN MUERTA SERÁ:

D = S = (U . K )-1

• PASO DE COLECTOR. PARA EL BOBINADO ONDULADO SIMPLE Y CON UNA SECCIÓN MUERTA, EL PASO DE COLECTOR SERÁ.

YCOL = D±1 / p

CON CIERRE ARTIFICIAL :

YCOL = (D-1)-1 / p

• ANCHO DE SECCIÓN.- Y1 = Yk . U

• PASO DE SECCIÓN.-Y2 = Y1 . Ycol

• PASO DE ESCOBILLAYesc= D / 2p

Principales normas en cada tipo de bobinado:

• Para máquinas que es necesario suministrar fuertes intensidades, se construyen bobinados imbricados simples o dobles.

• Para máquinas sometidas a elevadas tensiones se construyen bobinados ondulados.

• Para máquinas de mediana potencia se emplean los dos tipos de bobinados.

NÚMERO DE POLOS. LÍNEAS NEUTRAS Y ESCOBILLAS

• El número de polos vendrá determinado por los cálculos constructivos de la máquina. (N-S).

• El número de líneas neutras será igual al de polos. Cada línea neutra se encuentra entre dos polos de distinto signo.

• El número de escobillas será igual al número de polos.

Atendiendo a la naturaleza de la corriente eléctrica utilizada, los motores eléctricos rotativos pueden dividirse en:

- Motores de Corriente Continua.- Motores de Corriente Alterna.- Motores Universales.Los motores de c.a., a su vez, por la naturaleza de la corriente de excitación pueden clasificarse en:

- Motores Síncronos .- Motores Asíncronos o de Inducción .

CLASIFICACIÓN MOTORES

MOTOR CC • Ingeniería en Energía.• 7to semestre.• Maquinas Eléctricas• Motores de CC o CD

Prof. Aguilar Peña

MOTOR CC • Ingeniería en Energía.• 7to semestre.• Maquinas Eléctricas• Motores de CC o CD

Prof. Aguilar Peña

MOTOR CC

MOTORES DC IMAN PERMANENTE

Imán permanente Estator bobinado

• Los motores con campos magnéticos originados por imanes permanentes, tienen las siguientes ventajas:

No necesitan corriente magnetizante, reduciéndose así el gasto energético de la misma al no producirse, en el circuito de excitación, pérdidas por efecto Joule.

Se consigue un primer abaratamiento en su construcción, al suprimirse los conductores que constituyen el devanado de excitación.

Poseen una excitación estable.

• Sin embargo, presentan grandes inconvenientes, que hacen limitado su uso exclusivamente en máquinas de muy baja potencia, los cuales pasamos a enumerar:

Poseen un campo magnético fijo sin posibilidad de regulación.

El campo magnético es relativamente débil, presentando la máquina unas elevadas dimensiones con relación a la potencia desarrollada.

La tecnología de elaboración e imantación de los imanes permanentes es compleja y por tanto, costosa.

MOTORES DC EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

INDUCTORINDUCIDO

Régimen permanente

Prof. Aguilar Peña

MOTORES DC IMAN PERMANENTE (Flujo cte)

AUTOEXCITACIÓN DC-SERIE

El motor universal es un motor dc con excitación serie que puede ser alimentado con CA ya que las

alternancias de la corriente se producen al mismo tiempo( en fase) en el inductor y

en el inducido

•Par de arranque elevado

•Muy inestable, tendencia a embalarse

• Utilizado en tracción eléctrica

Prof. Aguilar Peña

APLICACIÓN A TRACCION ELÉCTRICA DC-SERIE

Las propiedades tan valiosas de este motor lo hacen apropiado para la tracción eléctrica: trenes, tranvías, trolebuses y también en grúas donde son necesarios altos pares abajas velocidades y viceversa.

La regulación de la velocidad de estos motores, a diferencia con el motor derivación, se realiza solamente por control de la tensión aplicada al motor. Este procedimiento puede realizarse de manera económica si se dispone por lo menos de dos motores (pueden ser también cuatro o seis), como sucede en los ferrocarriles eléctricos urbanos o interurbanos. Cada coche motor va equipado con dos motores serie, uno acoplado al boje (o bogie) delantero que impulsa las ruedas motrices delanteras y otro acoplado al boje trasero impulsando sus respectivas ruedas traseras .

Las velocidades de ambos motores son iguales en todo momento. La variación de velocidad se consigue con la conexión serie-paralelo de ambos motores, de esta forma pueden obtenerse dos velocidades básicas de trabajo con un buen rendimiento energético.

Inicialmente los motores están conectados en serie a través de una resistencia variable que se va eliminando gradualmente hasta que se obtiene una tensión en bornes de cada motor, mitad de la linea. Con ello se obtiene la primera posición de marcha. En este momento, al no existir ninguna resistencia externa en el circuito, se obtiene un gran rendimiento del conjunto.

Cuando se desea aumentar la velocidad del vehículo se cambia la conexión en serie de los motores y se pasa a paralelo insertando al mismo tiempo entre ellos y la línea una resistencia exterior. Esta resistencia se va eliminando poco a poco hasta que los motores funcionan a plena tensión de linea, obteniendo la segunda posición estable de funcionamiento

Prof. Aguilar Peña

AUTOEXCITACIÓN DC-SHUNT

Utilizado en máquinas y

herramientas por su

estabilidad

AUTOEXCITACIÓN DC-COMPUESTO

Maquinas herramientas y tracción

DC-COMPARACIÓN

Un generador excitación independiente 20 kW, 250 V, 1300 rpm,con resistencia de Ra = 0.3 ohm, y Rf = 180 ohms.

• Sin carga, el terminal voltaje es de 250 V, la corriente 1.5 A.• A plena carga, el terminal voltaje es tambiem 250 V.

a) Dibuja el circuito equivalente.

b) A plena carga, calcula:

– El generador voltaje Ea

– El par entregado– Corriente y voltaje de excitación

Ia180W

DC-GENERADOR EJEMPLO

GENERATOR: • Cálculo de k de la maquina sin carga:

wm= 2 p n/60 =2 p 1300/60 = 136.13 1/sec

– Ea_nl = K F f wm = Km I f wm

Km = Ea_nl / I f wm = 250 / (1.5 )( 136.13) = 1.224

• Corriente carga: Ia = 20000 / 250 = 80 A

• Voltaje generador: Ea = Vt + Ia Ra = 250 + (80)(0.3) =274 V

• Par: Te = Ea Ia / wm = (274)(80) / 136.131 = 161.0 Newton m

• Corriente excitación y voltaje a plena carga:

I f = Ea / (Km wm ) = 274/ (1.224) (136.131) =1.64 A

Vf = Rf I f = (1.64)(180) = 296 V

a) Dibuja el diagrama equivalente.

b) Calcula la constante del motor

c) Calcula la velocidad y el Par Ea 240 V

Im0.25

Un shunt motor de 15 kW, 240 V, tiene una resistnia de armadura Ra = 0.25

ohm, y de excitación Rf = 120 ohms. La corriente es de 8 A y una velocidad de

1000 rpm.

Diagrama equivalente

DC-SHUNT EJEMPLO

MOTOR.

• Corriente de excitación I f = 240 / 120 = 2 A

• Corriente de armadura sin carga: Ia = 8 - 2 = 6 A

• Voltaje generador sin carga: Ea = Vt - Ia Ra = 240 - (6)(0.25) = 238.5 V

• Velocidad sin carga: wm_nl = 2 p n / 60 = 2 p 1000 / 60 = 104.72 / sec

• Constante de maquina: Ea = K F f wm_nl = Km I f wm_nl Km = Ea / I f wm_nl = 238.5 / (2) (104.72) = 1.139

• Corriente carga: Im = 15000 / 240 = 62.5 A

• Corriente armadura: Ia = 62.5 - 2 = 60.5 A

• Voltaje generador a plena carga:

Ea = Vt - Ia Ra = 240 - (60.5)(0.25) = 224.9 V

• Velocidad motor a plena carga:

Ea = K F f wm = Km I f wm

wm = Ea / Km I f = 224.8 / (1.139)( 2) = 98.8 rad./sec

nm = 60 wm / 2 p = 942.7 rpm.

• Par:

Te = Ea Ia / wm = (224.8)(60.5) / 98.8 = 137.65 Newton m

Motor arranque.

a) Calcula la corriente de arranque del ejemplo anterior.

• El voltaje de inducido es cero porque la velocidad e cero.

• La corriente de arranque es :

I start = (300 -4) / 0.2 = 1480 A.

Ea=0 300VFf

Circuito equivalente de arranque

DC-ARRANQUE

Maquinas Eléctricas-motores Cc

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