1.- Introducción a los motores eléctricos
Se basan en la ley de faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético, se generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento".
Si en lugar de un conductor rectilíneo se introduce una espira con los extremos conectados a una determinada resistencia y se le hace girar en el interior del campo, de forma que varíe el flujo magnético abrazado por la misa, se detectará la aparición de una corriente eléctrica que circula por la resistencia y que cesará en el momento en que se detenga el movimiento. El sentido de la corriente viene determinada por la "ley de Lenz".
Al ser dicho efecto reversible, el funcionamiento como motor se consigue invirtiendo los papeles.
En los motores eléctricos las espiras rotativas del conductor son guiadas mediante la fuerza magnética ejercida por el campo magnético la corriente eléctrica. Se transforma la energía eléctrica en energía mecánica.
Clasificación Motores:
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 corrientes de C.A, a su vez, por la naturaleza de la corriente de excitación pueden clasificarse en:
-Motores Síncronos
-Motores Asíncronos o de inducción.
Los distintos modos de conectar los arrollamientos de excitación de los motores de corriente continua constituyen la base para poder modificar ampliamente las formas de funcionamiento de estos motores. Según sea la conexión elegida, los motores reciben nombres especiales.
A continuación se exponen los sistemas de excitación más utilizados en la práctica:
-Excitación por imanes permanentes
-Excitación independiente
-Excitación Serie
-Excitación Paralelo (Shunt)
-Excitación Compuesta (Compound)
Motor Corriente Continua
El motor de corriente continua está compuesta de 2 piezas fundamentales:
Rotor (Circuito de armadura o inducido):
Constituye la parte móvil del motor, proporciona el par para mover a la carga.
Esta formado por:
-Eje.
-Núcleo y devanado.
-Colector.
-Tapas.
Devanado: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado.
Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas.
La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas
Estator: Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio.
Esta formado por:
-Armazón
-Imán permanente
-Escobillas y porta escobillas
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, perdidas 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.
Junto a la Ra aparece Rex o resistencia del devanado de excitación serie. La regulación de n puede hacerse solamente, bien regulando la tensión V aplicada al motor, actuando sobre el término (Ra + Rex) poniendo en serie con el motor un reostato, o bien actuando sobre el flujo, poniendo en paralelo con el devanado de excitación un reostato o haciendo varias tomas en dicho devanado. En este caso se obtiene una regulación a potencia constante.
-Par de arranque elevado
-Muy inestable, tendencia a embalarse
-Utilizado en tracción eléctrica.
Aplicación a tracción 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 a bajas 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.
Auto excitación C.C Shunt
El reostato de excitación, que algunas veces suele disponerse en el circuito inductor para regular entre ciertos límites la corriente de excitación, admitiremos que está cortocircuitado (resistencia nula), siendo por tanto el valor de la corriente de excitación y el flujo inductor debido a ella, máximo.
Es utilizado en máquinas y herramientas por su estabilidad
Red = Rs + Rex
Auto excitación C.C Compuesto
Motor con excitación copuesta
A) Compuesta larga
B) Compuesta corta
Utilizado en maquinas de herramientas y tracción.
Comparación Serie- Compound - Derivación
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