UD7.Motores electricos

8/7/2019 UD7.Motores electricos

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Magnetismo y electricidad.Motores elctricos.7

Unidad

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lopez33/bach/tecind2/

Tema_4/index.html
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Magnetismo7.1

Los fenmenos magnticos estn

relacionados con los imanes naturales

(magnetita).

Sobre los imanes podemos decir:

Sus extremos atraen con ms fuerza.

Una barra magntica partida en trozos

se comporta como un imn.

Los extremos del mismo signo se

repelen y los de distinto se atraen.


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a) Campo gravitatorio:

a) Campo elctrico:

La Intensidad de campo es un vector

que tiene una direccin radialhacia el centro de la masa. En elcampo elctrico, si la carga es

negativa sale hacia ella, y se alejaen caso de ser positiva.

7.2 A - Conceptos magnticos

G=6,67.10-11 Nm2/kg2

K=1/4r0

Nm2/C2


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Relacin entre electricidad y magnetismo

Experimento de Oersted:

Una corriente elctrica se comporta

como un campo magntico.

Experimento de Ampere:

Dos conductores atravesados por una

corriente elctrica.

I1 e I2 mismo sentido se atraen.

I1 e I2 distinto sentido se repelen.

Si aumentamos I1 o I2 al doble,

triple, ..

F aumenta el doble, triple .

Si disminuimos o aumentamos a

F aumenta o disminuye

F1/l = K (I1.I2)/a


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De la expresin anterior obtenemos la

intensidad de campo como:

Su unidad en el SI es el tesla (T).

K = 0/4; 0= perm. mag. vaco = 4.10-7 T.m/A

B es un vector cuyo sentido viene determinado

por la regla de la mano derecha.

La fuerza del conductorF1 = I1.l.B, en el casode formar un ngulo F1 = I1.l.B.sen = l.IxB

B Induccin magntica

B = K . I2/a Conductor perpendicular al campo

Conductor paralelo al campo

Conductor oblicuo al campo


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Una corriente elctrica es: I = q/t

Sustituyendo en la expresin de la fuerza: F=(q/t).IxB=q.(I/t)xB

Ley de Lorentz

El Tesla es muy grande y se usa el gauss 1G = 10-4 T

Diferencias entre campos elctricos y magnticos:

La F elctrica siempre tiene la misma direccin que el campo(sentido cambia q+/q-). La F magntica B.

La F originada por un B elctrico sobre q es independiente dela v de q. La F magntica slo acta sobre partculas enmovimiento.

La energa cintica de una q no se altera al entrar en uncampo magntico.

C Fuerzas sobre cargas en movimiento

F = q v x BRegla del sacacorchos

Accin de B sobre una

carga que se desplaza
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Situamos una espira dentro de un campo mag.uniforme de induccin B y por la que circula una I.

Los lados AB y CD son a B, la fuerzaF1 = I.a.B, igual y sentido opuesto. F = 0.

Los lados BC y DA forman un ngulo y

F2 = I.b.B sen , iguales y opuestas. F = 0.

Las F se anulan pero no el momento M

M = F1 b/2 sen+ F1 b/2 sen= I.a.B.b sen

M = I.B.S sen

La espira gira hasta situarse al campo B.

7.3 Fuerza y momento sobre una espira


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Una S plana la podemos representar por un vectora la misma, as:

M = I S x B

El M tiende a girar a la espira y es el fundamentode las mquinas elctricas.

El M depende de la superficie S de la espira y node su forma. Tambin se puede disponer de Nespiras (bobina).

M = N I S B senUna vez alcanzada la posicin de equilibrio M=0,

por eso se usan 3 bobinas para que siempre

haya una en posicin y pueda girar. Este es elfundamento del motorelctrico.


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Ahora hacemos el proceso inverso,movemos un conductor dentro de un

campo magntico B, se induce en elconductor una fuerza electromotrizdebida al movimiento.

f.e.m. = = I.B.(e/t) = -B.(S/t) =

- B.S/t = - /t (Ley Faraday)

= B.S = flujo (weber = tesla.m2)

f.e.m. se mide en voltios (v)

7.4 Fundamento de los generadores elctricos
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Clasificacin de los motores elctricos7.7

Segn la corriente

Corriente continua

CC

corriente alterna

CA

Motores universales

CC/CA

Tipo excitacin

independiente

serie

derivacin

compuesta

Imanes

permanentes

Velocidad de giro Tipo de rotor Nmero de fases

sncrono

asncrono

bobinado monofsicos

trifsicos

Cortocircuito o

jaula de ardilla


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Motores de C.C.

Inductor:

Situado en el estator.

Crea el campo magntico.

Formado por una masa polarferromagntica que tienen arrolladasunas bobinas de cobre por donde circula

la I. (imanes permanentes).

Inducido:

Situado en el rotor.

Crea campos magnticos que seoponen al del motor.

Formado por bobinas alojadas enranuras de un cilindro de chapas

ferromagnticas, que terminan en elcolector de delgas.

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B Magnitudes fundamentales de los motores de cc

El par interno: Mi = (1/2).(p/a).(N/60)..Ii

La f.c.e.m.: E= (p/a).(N/60)..n

Cuando la mquina ya est construida,

la mayora de las magnitudes son ctes.

Quedndonos: Mi=KIi y E= Kn

La tensin aplicada U y la E alcanzan

el equilibrio, apareciendo Ii:

Ii= (U E)/ri U = E+ ri IiSmil de un motor de cc


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C Tipos de motores de cc

En funcin de cmo conectemos el

circuito inductor e inducido,

tendremos:

Excitacin independiente: El

inducido (A-B) y el inductor (J-K)estn alimentados con diferentes

fuentes de tensin. El flujo sercte. porque I

exlo es. La I que el motor

absorbe ser:

I = Ii =(U- E)/ri


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Derivacin: Los dos devanados

estn conectados a la misma fuente

de tensin.

Serie: El inductor y el inducido estnconectados en serie. El va adepender de la carga.

Iex = U/Rd

Ii = (U- E)/ri

Im = Iex+ Ii

I = Ii = Iex = (U- E)/(ri+rs)


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D Caractersticas de los motores de cc

Depende del tipo de excitacin:

DERIVACION (Mantenemos U=cte Iex

=cte)

Velocidad n=f(Ii).

E= Kn y E= U-riIi sustituyendo, tenemosn = (U-riIi )/ K como el es prcticamente cte

n = (U-riIi )/ K

(depende de riIi 4%U) Par Mi=f(Ii).

Mi = K Ii como el es prcticamente cteMi = K1Ii

Mecnica M=f(n). Es la caracterstica fundamental de

todo motor, junto con la carga. Relaciona la velocidad

del motor con su par interno. Motor muy estable.


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SERIE (Mantenemos U=cte, pero Iex= Ii cte ) Velocidad n=f(Ii).

E= Kn y E= U-(ri +rs)Ii sustituyendo tenemos:

n = [U-(ri +rs)Ii ]/ KEl numerador es prcticamente cte, (ri +rs)I . No debe funcionar en vaco.

Par Mi=f(Ii).

Como Mi=KIi , el es proporcional a la Ii. (=K. Ii)Mi = K1(Ii)

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Da pares motores grandes.

Mecnica M=f(n). El motor serie mantiene la potencia

prcticamente estable y se dice autorregulado en

potencia.Pu =Mu= (2.n/60).Mu


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E Balance de potencias

Potencia absorbida: Pab = U.I

P perdida devanado inductor: Pcu1 = Rex(Iex)2

P perdida devanado inducido: Pcu2 = ri(Ii)2

P elctrica interna: Pei

= Pab

(Pcu1

+ Pcu2

) = EIi

Potencia til: Pu = Pei (PFe+ Pm)

Rendimiento: = Pu/ Pab , cuando despreciamos lasprdidas del Fe y mecnicas, nos queda:

= E/ U


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F Arranque de los motores de cc

El motor debe realizarMiarranque> Mrarranque

En rgimen nominal de marcha , tenemos:

Ii = (U-E)/ri

En el arranque v=0 y E=0, por lo que:

Ii arranque =U/ri . Tomando valores muy elevados.

El REBT limita el valor de esta corriente, pudiendo

actuar: Sobre la U.

Sobre ri .

Colocando un restato de arranque Ra

.


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G Regulacin de la velocidad

Su objeto es mantener la v en un valorprefijado. La v depende de:

n = E/K = (U-riIi)/ K

Tenemos que actuar sobre:

La U aplicada: Intercalando una R serie con el inducido (por resistencia)

Variando la U de alimentacin (control tensin)

El flujo : Intercalando un restato para variar la Iex.

Arranque por restato


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H Inversin de sentido de giro

Basta con cambiar las conexiones del

inducido con respecto al inductor.

Si est parada, es indistinto cambiar las

del inductor o inducido. (se recomienda

las del inducido).

Si est en marcha, es obligado cambiar

las del inducido; pues si son las delinductor, se quedara sin excitacin. Hay

que intercalar toda la R del restato de

arranque.

Inversin de giro motor

derivacin


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I Frenado de motores de cc

Se basa en el principio de reversibilidad: al

frenar pasa a ser generador, por lo que se

invierte el par motor (frenado elctrico). Sepuede hacer:

Frenado reosttico: se disipa la energa enlos restatos que sirven para el arranque.

Frenado regenerativo: devolver la energaa la red.

Frenado reosttico


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Motores de CA trifsicos

A Constitucin:

7.9

Estator

Parte fija de chapas

magnticas aisladas y

ranuradas

interiormente.En ellas se alojan los

devanados trifsicos.

Rotor

Parte mvil de chapas

magnticas aisladas y

ranuradas

exteriormente. En su devanado hay

dos posibilidades:

Barras de Cu o Al

cortocircuitadas ensus extremos (asncronosrotor en cortocircuito)

Devanado trifsico

similar al estator(asncrono de rotor bobinado)

La separacin de aire

entre rotor y estatorse llama entrehierro.


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Funcionamiento motor de ca

El motor esta formado por un parde polos porfase, los finales unidos en un punto comn.Aplicamos U trifsica.

La grafica nos indica el valor de I de cada fase(a,b,c), aplicando la regla del sacacorchosobtenemos el sentido del campo magntico encada instante.

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El campo magntico gira a una f (vueltas/seg)y la velocidad ser:

n = 60.f1/p (vel. sncrona)

De ella depende la divisin entre mquinas

sncronas y asncronas.

Estator motor trifsico

Corrientes y campo magntico

Funcionamiento
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La expresin del par en un motor de c.a. es:

M = KI1cosr

El rotor seguir el giro del campo pero a una velocidad

menor (n2), a esta diferencia se llama deslizamientoabsoluto: d = n1 n2

Si la expresamos en funcin de la velocidad delcampo obtenemos el deslizamiento relativo:

S = (n1 n2 )/n1 (%)


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B Conexin de un motor trifsico

El motor se puede conectar en :

Estrella: los finales se unen en un punto.

Tringulo: el final con el principio.

Un motor lleva dos tensiones 230/400v. en suplaca, de forma que 230v. para conectar en , y400v. en

UL = 3 Uf IL = If

UL = Uf IL = 3 If

Conexin estrella

Conexin tringulo


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Curvas caractersticas

a) De velocidad n=f(P); U=cte; f= cte.

Se reduce 2%-5% al aumentar la P quesuministra.

b) De consumo I=f(P); U y f = cte.

La I se incrementa a medida que aumenta la

carga. En vaco absorbe 25-50% de la

nominal.

c) De factor de P cos =f(P); U y f=cte.

Para conocer el consumo de la energa reactiva


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d) De rendimiento =f(P); U y f=cte.

Aumenta muy rpidamente hasta un mximo, las prdidas fijas(PFE+Pm) se igualan a las variables (PCu), para luegodisminuir de forma lenta.

e) Mecnica M=f(n); U y f=cte.

Ma es el par de arranque, a medida que n aumenta, el par aumentahasta Mmax. La n se reduce muy lentamente hasta la vel.sncrona (ns) donde el par es 0.

Podemos estudiar los tres puntos crticos:

En vaco, gira muy prxima a la velocidad de sincronismo(n0). No suministra Ptil y el par del motor slo compensa lasprdidas.

Arranque, la n=0 y el parMa >par de la carga Mra.

En carga, el punto de funcionamiento P es donde se cruzanlas caractersticas del motor y carga. Mmotor=Mcarga

La n y el parson Mn

y nn

, suponiendo que la carga es la nominal.


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Balance de potencias

Al conectar el motor a la red absorbe:

P activa P = 3 ULIL cos (w)

P reactiva Q = 3 ULILsen (VAr)

P aparente S = 3 ULIL (VA)

Factor de potencia cos=P/S

Prdidas en el Cu: Estator P

Cu1= 3.R

1(I

1)2 (w)

Rotor PCu2= 3.R2(I2)2 (w)

En el Fe por ciclo histresisy corrientes deFoucault

Mecnicas Pm. = Pu/Pab

C P di i t d


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C Procedimientos de arranque

Dependen del tipo de motor:

Motor de rotor encortocircuito:

a) Directo (Iarran 3 a 8 In Marran 1 a 1,5 Mn)

b) Disminuir la U alimentacin:

Arranque estrella-tringulo. Arranque por autotransformador.

Arranque por resistencias estatricas.

Arranque electrnico.

a)

b) estrella-tringulo

b) electrnico


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Motor de rotor bobinado

Se intercalan grupos de resistencias rotricas, amedida que el motor adquiere n, se quitan resistenciashasta alcanzar la nn.

D Regulacin de la velocidad


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D Regulacin de la velocidad

Hasta hace poco tiempo era unproblema, como:

n2 = [(1-S).60.f1]/p , nos indica dosformas de controlarla:

Variando la velocidad de

sincronismo: Cambio el n de p. (solo jaula ardilla)

Modificando la f (electrnicamente)

Modificando el deslizamiento,variando la U aplicada al motor.

(slo en pequeos motores de induccin)

Conexin Dhalander/2

E F d d l t


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E Frenado de los motores asncronos

Los sistemas que se usan son:

Frenado regenerativo: para montacargas y grasen el descenso, acta como generador; el estatora la red y el rotor supere la velocidad desincronismo.

Frenado dinmico: desconectar de la red yaplicar una I continua al estator creando un

campo magntico estacionario. Mientras gire seproduce un par opuesto al giro y frenando almotor.

Motores monofsicos7 10


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Motores monofsicos

Los ms importantes son:

Colector. (muy parecidos a los de excitacin seriede cc).

Induccin. (similares trifsicos rotor en cortocircuito.El estator est ranurado y aqu se alojan dosbobinados:

El principal o de trabajo (2/3 de las ranuras).

El auxiliar o de arranque (ocupa 1/3).

Para que gire tenemos que dotarle de un par dearranque por algn sistema:

De fase partida (un devanado auxiliar desfasado

90 elctricos del principal). De arranque por condensador(conectar un C enserie con el devanado auxiliar).

En ambos casos se suele colocar un interruptor

centrfugo en el circuito auxiliar, que se abre alalcanzar un n de revoluciones prximo al nominal.

7.10

Motor monofsico de fase partida

Motor monofsico arranque por condensador

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