Motores y Aplicaciones ales

8/6/2019 Motores y Aplicaciones ales

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motores y aplicaciones industriales

el motor es el fundamento de toda industria y sus principios bsicos nos

acercan al origen de todo movimiento, fuerza y velocidad.

motores electricos

un electromotor transforma la energa elctrica en energa mecnica,

este es el concepto bsico de los equipos que en este proyecto trataremos

de desarrollar.

la primera gran divisin de motores obedece al tipo de corriente que losenergiza.

motores de corriente contina c.c.

motores de corriente alterna c.a.

motores de corriente continua

es poco el uso de este tipo de motores a pesar de que son muy tiles

cuando es necesario variar la velocidad o cambiar el sentido de giro. solo

diremos que basa su funcionamiento en la reversibilidad de un generador

de c.c. (dinamo). el movimiento de un conductor o espira dentro de un

campo magntico engendra en l una corriente inducida, cuyo sentido

depende del que rija el movimiento de la espira. esto se consigue haciendo

girar mecnicamente un campo magntico. si por el contrario aportamos

una corriente continua a un conductor o espira inmerso en un campo

magntico, nace en l un movimiento cuyo sentido depende tambin delsentido del campo y del sentido de la corriente que atraviesa el conductor.

de este principio bsico se deduce que si a un generador de c.c, le

aplicamos una fuerza mecnica (rotatoria), obtendremos energa elctrica.

si por el contrario la aplicamos al mismo generador una c.c, obtendremos

energa mecnica.


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motores de corriente alterna

por el fcil manejo de transmisin, distribucin y transformacin de la c.a,

se ha constituido en la corriente con ms uso en la sociedad moderna.

es por ello que los motores de c.a, son los ms normales y con el desarrollo

tecnolgico se ha conseguido un rendimiento altsimo que hace que ms

del 90 % de los motores instalados sea de c.a.

los motores de c.a, se dividen por sus caractersticas en:

sincrnicos

trifsico con colector.

trifsico con anillos.

y rotor bobinado.

asincrnicos o de induccin

trifsico jaula de ardilla.

monofsico: condensador, resistencia.

asincrnicos sincronizados: serie o universal.

espira en corto circuito.

hiposincrnico.

repulsin.


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motor sincrnico

esta fundamentado en la reversibilidad de un alternador. el campo interior

de una aguja se orienta de acuerdo a la polaridad que adopta en cada

momento el campo giratorio en que se haya inmersa y siempre el polo s de la

aguja se enfrenta al polo n cambiable de posicin del campo giratorio, la

aguja sigue cambiando con la misma velocidad con que lo hace el campo

giratorio. se produce un perfecto sincronismo entre la velocidad de giro

del campo y la de la aguja.

si tomamos un estator de doce ranuras y lo alimentamos con corriente

trifsica, se crear un campo giratorio. si al mismo tiempo a las bobinas del

rotor le aplicamos una c.c, girar hasta llegar a sincronizarse con la

velocidad del campo giratorio, de tal manera que se enfrentan

simultneamente polos de signos diferentes, este motor no puede girar a

velocidades superiores a las de sincronismo, de tal forma que ser un

motor de velocidad constante. la velocidad del campo y la del rotor,

dependern del nmero de pares de polos magnticos que tenga la

corriente. un motor de doce ranuras producir un solo par de polos y a unafrecuencia de 60 hz, girar a 3600 r.p.m.

como se ver el principal inconveniente que presenta los motores

sincrnicos, es que necesitan una c.c. para la excitacin de las bobinas del

rotor, pero en grandes instalaciones (siderrgicas), el avance de corriente

que produce el motor sincrnico compensa parcialmente el retraso que

determinan los motores asincrnicos, mejorando con ello el factor de

potencia general de la instalacin, es decir, el motor produce sobre la red

el mismo efecto que un banco de condensadores, el mismo

aprovechamiento de esta propiedad, es la mayor ventaja del motor

sincrnico.

motores asincrnicos o de induccin


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son los de mayor uso en la industria, por lo tanto son los que mayor anlisis

merecen.

cuando aplicamos una corriente alterna a un estator, se produce un campo

magntico giratorio, este campo de acuerdo a las leyes de induccin

electromagnticas, induce corriente en las bobinas del rotor y estasproducen otro campo magntico opuesto segn la ley de lenz y que por lo

mismo tiende a seguirlo en su rotacin de tal forma que el rotor empieza agirar con tendencia a igualar la velocidad del campo magntico giratorio,

sin que ello llegue a producirse. si sucediera, dejara de producirse la

variacin de flujo indispensable para la induccin de corriente en la bobina

del inducido.

a medida que se vaya hacindose mayor la diferencia entre la velocidad de

giro del campo y la del rotor, las corrientes inducidas en l y por lo tanto supropio campo, irn en aumento gracias a la composicin de ambos campos

se consigue una velocidad estacionaria. en los motores asincrnicos nunca

se alcanza la velocidad del sincronismo, los bobinados del rotor cortan

siempre el flujo giratorio del campo inductor.

motores asincrnicos, jaula de ardilla

elimina el devanado en el rotor o inducido. las planchas magnticas forman

el ncleo del rotor, una vez ensambladas dejan unos espacios cilndricos

que sustituyen a las ranuras de los rotores bobinados, por estas ranuras

pasan unas barras de cobre (o aluminio) que sobresalen ligeramente del

ncleo, estas barras o conductores estn unidos en ambos lados por unos

anillos de cobre. se denomina jaula de ardilla por la similitud que tiene con

una jaula.

en los motores de jaula de pequea potencia, las barras son reemplazadaspor aluminio inyectado igual que los anillos de cierre, a los que se les

agregan unas aletas que actan a su vez en forma de ventilador.

las ranuras o barras pueden tener diferentes formas y lo que se pretende

con ello es mejorar el rendimiento del motor, especialmente reducir las


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corrientes elevadas que producen los motores de jaula en el momento de

arranque.

cuando el inducido est parado y conectamos el estator tienen la misma

frecuencia que la que podemos medir en la lnea, por lo tanto, la

autoinduccin en el rotor ser muy elevada, lo que motiva una reactanciainductiva que es mayor donde mayor es el campo. de la manipulacin de las

ranuras y en consecuencia las barras dependern que las corrientes seanms o menos elevadas, lo que en definitiva es el mayor problema de los

motores de jaula.


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aplicaciones industriales de los motores

el motor de induccin, en particular el de tipo de jaula de ardilla, es

preferible al motor de corriente continua para trabajo con velocidadconstante, porque el costo inicial es menor y la ausencia de conmutador

reduce el mantenimiento. tambin hay menos peligro de incendio en

muchas industrias, como aserraderos, molinos de granos, fabricas textiles y

fabricas de plvoras. el uso del motor de induccin en lugares como

fabricas de cementos es ventajoso, pues, debido al polvo fino, es difcil el

mantenimiento de los motores de corriente continua.

para trabajo de velocidad variable, como es gras, malacates, elevadores y

para velocidades ajustables, las caractersticas del motor de corrientecontinua son superiores a las del motor de induccin. incluso en este caso,

puede convenir y ser deseable utilizar motores de induccin ya que sus

caractersticas menos deseables quedan ms que compensadas por su

sencillez y por el hecho de que la corriente alterna es ms accesible y para

obtener corriente continua, suelen ser necesarios los convertidores.

cuando haya que alimentar alumbrados y motores con el mismo sistema de

corriente alterna, se utiliza el sistema trifsico, de cuatro conductores de

208/120 v. esto permite tener 208 v trifsico para los motores y 120 v de

fase a neutro para las lmparas.

propulsiones electricas

gras y malacates: el motor de corriente continuo excitador en serie es el

que mejor se adapta a gras y malacates. cuando la carga es pesada, el

motor reduce su velocidad en forma automtica y desarrolla un momento

de torsin creciente, con el cual se reducen las cargas picos en el sistema

elctrico. con cargas ligeras, la velocidad aumenta con rapidez, con el cual

se logra una gra que trabaja con ms rapidez. el motor en serie tambin

est bien adaptado para impulsar el puente de las gras viajeras y tambinal carro que se mueva a lo largo del puente. cuando solo se dispone de

corriente alterna y no resulta econmico convertirla, el motor de

induccin del tipo de anillo deslizante, con control de resistencia externa,

es el mejor tipo de motor de corriente alterna. tambin se utilizan motores

de jaula de ardilla con anillos extremos de alta resistencia, para producir

un elevado momento de torsin al arranque (motores clase d).


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aplicaciones de los momentos de torsin constante. las bombas de pistn,

molinos, extrusores y batidoras pueden requerir un momento de torsin

constante en toda su variedad de velocidad. estas requieren un motor de

induccin jaula de ardilla, diseo clase c o d que tienen un alto momento

de torsin de arranque, para alcanzar su velocidad nominal. cuando debe

variarse la velocidad estando ya en movimiento el motor, puede usarse un

motor de c.c de voltaje de armadura variable o un motor de induccin

jaula de ardilla de frecuencia variable.

bombas centrfugas. el bajo wk2 y el bajo momento de torsin de arranque

hacen que los motores jaula de ardilla diseo b de propsito general sean

los preferidos para esta aplicacin. cuando se requieren un flujo variable,

el uso de una fuente de potencia de frecuencia variable para variar la

velocidad del motor, ser favorable desde el punto de vista de la energa

respecto al cambio de flujo por cierre de la vlvula de control con el fin deincrementar la carga.

ventiladores centrfugos. un wk2 alto requiere un motor de caja de ardilla

diseo c o d de alto momento de torsin de arranque para que el

ventilador adquiera su velocidad de trabajo en un periodo razonable de

tiempo.

motores conectados a la red

variaciones de la tensin v y de la frecuencia de la tensin f, en hz, en lared de un motor trifsico de devanado normal:

a) variaciones de la tensin a frecuencia constante, el par de arranque y el

par motor mximo vara con el cuadrado de la tensin. la intensidad de

arranque vara proporcionalmente con la tensin, con variaciones de 5 %

se obtiene la potencia nominal.

b) variaciones de la frecuencia con tensin constante, los valores absolutos

de los pares de arranque y motor mximo varan en forma inversamente

proporcional con el cuadrado de la frecuencia. la intensidad de arranque

varia inversamente proporcional con la frecuencia, con variaciones de 5

%, se puede entregar la potencia nominal.


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c) variaciones de la tensin y la frecuencia, si vara la tensin y la

frecuencia en el mismo sentido y proporcin, varan las revoluciones y la

potencia proporcionalmente con la frecuencia.

pueden conectarse por lo tanto motores con arrollamiento normal, aun en

redes cuyas caractersticas se apartan en 5 % de la placa decaractersticas.

fallas de los motores electricos

- servicio de corta duracin

el motor alcanza el calentamiento lmite durante el tiempo de

funcionamiento prescrito (10-30-60 minutos), la pausa tras el tiempo de

funcionamiento debe ser lo suficientemente larga para que el motor pueda

enfriarse.

-. servicio intermitente

se caracteriza por periodos alternos de pausa y trabajo.

-. proteccin contra averas

si se daa un motor, deben tomarse en cuentas los siguientes factores:

clase de mquina accionada.

potencia efectiva que debe desarrollar, hp.

velocidad de la mquina movida, rpm.

clase de transmisin (acoplamiento elstico o rgido), sobre bancada comn

o separada, correa plana o trapezoidal, engranajes, tornillos sin fin, etc.

tensin entre fase de la red.


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frecuencia de la red y velocidad del motor.

rotor anillos rozantes o jaula de ardilla.

clase de arranques, directo, estrella tringulo, resistencias estatricas,

resistencias retricas, auto transformador, etc.

forma constructiva.

proteccin mecnica.

regulacin de velocidad.

tiempo de duracin a velocidad mnima.

par resistente de la mquina accionada (mkg).

sentido de giro de la mquina accionada mirando desde el lado de

acoplamiento derecha, izquierda o reversible.

frecuencia de arranque en intervalos menores de dos horas.

temperatura ambiente si sobrepasa los 40 c.

indicar si el motor estar instalado en reas peligrosas: gas, humedad, etc.

-. el motor funciona en forma irregular

avera en los rodamientos.

la caja del motor est sometida a tensiones mecnicas.

acoplamiento mal equilibrado.

-. no arranca

tensin muy baja.

contacto del arrollamiento con la masa.

rodamiento totalmente daado.


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defecto en los dispositivos de arranques.

-. arranca a golpes

espiras en contacto.

-. motor trifsico arranca con dificultad y disminucin de velocidad al ser

cargado

tensin demasiado baja.

cada de tensin en la lnea de alimentacin.

estator mal conectado, cuando el arranque es estrella tringulo.

contacto entre espiras del estator.

-. trifsico produce zumbido internamente y fluctuaciones de corriente en

el estator

interrupcin en el inducido.

-. trifsico no arranca o lo hace con dificultad en la conexin estrella

demasiada carga.

tensin de la red.

daado el dispositivo de arranque estrella.

-. trifsico se calienta rpidamente

cortocircuito entre fases.

contacto entre muchas espiras.

contacto entre arrollamiento y masa.

-. estator se calienta y aumenta la corriente


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estator mal conectado.


contacto entre arrollamientos y masa.

-. se calienta excesivamente pero en proceso lento

exceso de carga.

frecuencia de conexin y desconexin muy rpida.

tensin demasiado elevada.

tensin demasiado baja.

falla una fase.

interrupcin en el devanado.

conexin equivocada.

contacto entre espiras.


poca ventilacin.

inducido roza el estator.

cuerpos extraos en el entrehierro.

la marcha no corresponde al rgimen sealado por la placa.


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eficiencia de los motores electricos

los mtodos para determinar la eficiencia son: por medicin directa o por

prdidas segregadas. las mediciones directas pueden hacerse usando

motores, generadores o dinammetros calibrados para la entrada a

generadores y salida de motores y, motores elctricos de precisin para laentrada a motores y salida de generadores.

las prdidas se calculan en forma separadas y luego se totalizan.

donde,

pe: potencia entregada.

p: potencia absorbida.

r: rendimiento.

: angulo del factor de potencia.


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motor de induccin

se puede ilustrar el principio del motor de induccin se realiza de la

siguiente forma:

se suspende un imn permanente de un hilo sobre una tornamesa de cobre

o aluminio que gira en un cojinete colocado en una placa fija de hierro. el

campo del imn permanente se completa as a travs de la placa de hierro.

el pivote debera estar relativamente sin friccin y el imn permanente

debe tener la suficiente densidad de flujo. cuando gira el imn en el hilo, se

observar que el disco que est debajo gira con l, independientemente de

la direccin de giro del imn.

el disco sigue el movimiento del imn, como se muestra en la figura

debido a las corrientes parsitas inducidas que se producen por el

movimiento relativo de un conductor (el disco) y el campo magntico. por la

ley de lenz, la direccin del voltaje inducido y de las corrientes parsitas

consecuentes produce un campo magntico que tiende a oponerse a la

fuerza o movimiento que produjo el voltaje inducido.


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las corrientes parsitas que se producen tienden a producir a su vez un

polo s unitario en el disco en un punto bajo el polo n giratorio del imn y un

polo n unitario en el disco bajo el polo s giratorio del imn. por lo tanto,

siempre que el imn contine movindose, continuar produciendo

corrientes parsitas y polos de signo contrario en el disco que est abajo. el

disco, por lo tanto, gira en la misma direccin que el imn. pero debe girar

a velocidad menor que la del imn. si el disco girara a la misma velocidad

que la del imn, no habra movimiento relativo entre el conductor y el

campo magntico y no se produciran corrientes parsitas en el disco.

caracterstica de funcionamiento del motor de induccin

el funcionamiento de un motor, en general, se basa en las propiedades

electromagnticas de la corriente elctrica y la posibilidad de crear ,a

partir de ellas, unas determinadas fuerzas de atraccin y repulsin

encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotacin.

suponiendo que un motor de induccin comercial de jaula de ardilla se

haga arrancar con el voltaje nominal en las terminales de lnea de su


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estator (arranque a travs de la lnea) desarrollar un par de arranque de

acuerdo que har que aumente su velocidad. al aumentar su velocidad a

partir del reposo (100 por ciento de deslizamiento), disminuye su

deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en el que se desarrolle el par

mximo . esto hace que la velocidad aumente todava ms, reducindose

en forma simultnea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de

induccin.

los pares desarrollados al arranque y al valor del deslizamiento que

produce el par mximo ambos exceden (en el caso normal) al par aplicado a

la carga. por lo tanto la velocidad del motor aumentar, hasta que el valor

del deslizamiento sea tan pequeo que el par que se desarrolla se reduzca a

un valor igual al par aplicado por la carga. el motor continuar trabajando a

esta velocidad y valor de equilibrio del desliza-miento hasta que aumente o

disminuya el par aplicado.

se muestra la relacin entre los pares de arranque, mximo y nominal a

plena carga que desarrolla un motor de induccin, como funcin de la

velocidad de ste y del deslizamiento. esta figura es presentacin grfica

de la corriente y el par desarrollados en el rotor del motor como funciones

del deslizamiento desde el instante del arranque (punto a) hasta la

condicin de funcionamiento en estado estable (en general entre marcha

en vaco y marcha a plena carga - puntos c y d) cuando los paresdesarrollado y aplicado son iguales.

curva caracterstica


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circuito equivalente de un motor de induccin por fase

clasificacin de los motores asincrnicos

segn el diseo de la jaula,( nema)


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motor de diseo nema a

torque alto, deslizamiento nominal bajo y corriente de arranque alta.

es un motor de induccin con rotor tipo jaula de ardilla, diseado con

caractersticas de torque y corriente de arranque que exceden los valorescorrespondientes al diseo nema b, son usados para aplicaciones especiales

donde se requiere un torque mximo mayor que el normal, para satisfacer

los requerimientos de sobrecargas de corta duracin.

estos motores tambin son aplicados a cargas que requieren

deslizamientos nominales muy bajos y del orden del 1% o menos (velocidades

casi constantes).

motor de diseo nema b

torque normal, corriente de arranque normal y deslizamiento nominal

normal.

son motores con rotor tipo jaula de ardilla diseados con

caractersticas de torque y corriente de arranque normales, as como un

bajo deslizamiento de carga de aproximadamente 4% como mximo. en

general es el motor tpico dentro del rango de 1 a 125 hp. el deslizamiento a

plena carga es de aproximadamente 3%.

este tipo de motor proporcionar un arranque y una aceleracin suave

para la mayora de las cargas y tambin puede resistir temporalmente picos

elevados de carga sin detenerse.

motor de diseo nema c

torque alto, deslizamiento nominal normal, corriente de arranque

normal. son motores de induccin con rotor de doble jaula de ardilla, que


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desarrollan un alto torque de arranque y por ello son utilizados para cargas

de arranque pesado. estos motores tienen un deslizamiento nominal menor

que el 5%.

motor de diseo nema d

torque alto, alto deslizamiento nominal, baja corriente de arranque.

este motor combina un alto torque de arranque con un alto

deslizamiento nominal. generalmente se presentan dos tipos de diseo, uno

con deslizamiento nominal de 5 a 8% y otro con deslizamiento nominal de 8

a 13%. cuando el deslizamiento nominal puede ser mayor del 13%, se les

denomina motores de alto deslizamiento o muy alto deslizamiento (ultra

high slip). el torque de arranque es generalmente de 2 a 3 veces el parnominal aunque para aplicaciones especiales puede ser ms alto. estos

motores son recomendados para cargas cclicas y para cargas de corta

duracin con frecuentes arranques y paradas.

motores de diseo nema f

torque de arranque bajo, corriente de arranque baja, bajo deslizamiento

nominal.

son motores poco usados, destinndose a cargas con frecuentes

arranques. pueden ser de altos torques y se utiliza en casos en los que es

importante limitar la corriente de arranque.

dibujo de un motor de induccin


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un motor de induccin se comporta como un transformador

devanado primario = estator

devanado secundario = rotor

la corriente del devanado primario(estator) crea un campo magntico

giratorio, el cual induce una corriente en el devanado secundario(rotor). la

corriente del rotor junto con el campo magntico inducido provocan una

fuerza, que es la causa de la rotacin del motor.

debido a que la transformacin de potencia entre rotor y estator depende

de la variacin del flujo, si la velocidad del rotor aumenta, menos cantidadde potencia se puede convertir y adems se van solapando la velocidad del

rotor con la del campo magntico giratorio, 50 o 60 hz .esto significa que a

la velocidad de sincronismo no existe conversin de potencia y el motor se

para. la diferencia entre la velocidad de sincronismo y la velocidad real se

la denomina deslizamiento. la velocidad del motor viene determinada por la

frecuencia y el deslizamiento.

motor de corriente continua


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todos los motores elctricos tienen bsicamente los mismos componentes.

todos tienen un magneto estacionario denominado el estator y un

electroimn denominado la armadura. el estator genera el campo

magntico. cuando una corriente elctrica se hace pasa por el embobinado

de la armadura que se ha colocado en el campo magntico generado por el

estator, esta comienza a rotar debido al torque magntico. de esta manera

al energa elctrica se convierte en energa mecnica . si el eje del motor se

conecta mediante una correa a una polea esta se pone en movimiento.

un motor de cc esta compuesto por un imn fijo que constituye el inductor

y un bobinado denominado inducido que es capaz de girar en el interior del

primero, cuando recibe una cc.

suponiendo un motor elemental segn se representa, si sobre la bobina se

hace pasar una corriente se creara en la misma en un campo magntico que

la har girar al crearse una fuerza de atraccin y repulsin con respecto al

imn del estator. durante este giro se produce una serie de efectos que

condicionan la construccin del motor, el primero de ellos se produce

cuando se enfrentan dos polos de distinto signo, momento en que la

atraccin ser mxima y la bobina tiende a detenerse, sin embargo, por

inercia pasar de largo pero el sentido de giro se invertir y se volver hacia

atrs detenindose al cabo de unas cuantas oscilaciones. ahora bien, si en

el momento en que los polos opuestos se enfrentan, se invierte el sentidode la circulacin de la corriente de la bobina, automticamente se

producir un cambio de signo en los polos magnticos creados por la

misma, dando origen a que aparezcan unas fuerzas de repulsin entre ellos

que obligar a aquella a seguir girando otra media vuelta, debindose

invertir la corriente nuevamente y as sucesivamente.

el mtodo empleado para producir estos cambios es el de dividir el anillo

colector por el que recibe la bobina la corriente de alimentacin, en dos

mitades iguales separadas por un material aislante, que giran deslizndosesobre dos contactos elctricos fijos o escobillas uno conectado al polo

positivo y el otro al negativo.

de esta forma dichos contactos cruzaran dos veces por cada rotacin la

divisin entre los semianillos, inviertendose as el sentido de circulacin de

la corriente de la bobina.


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en los motores de cc es necesario aplicar al inducido una cc para obtener

movimiento, as como al inductor en el caso de que ste sea del tipo de

electroimn, conocindose a esta ltima con la denominacin de corriente

de excitacin. su construccin suele estar realizada mediante un inductor

cilndrico hueco (imn o electroimn) que contiene un cierto nmero de

pares de polos magnticos (norte-sur), que se conoce con el nombre de

estator. en su interior se encuentra el inducido o rotor tambin cilndrico

sobre el cual se encuentra el arrollamiento. el eje est acoplado mediante

rodamiento o cojinetes para permitir el giro y dispone de una superficie de

contacto montada sobre un dispositivo llamado colector sobre el que se

deslizan los contactos externos o escobillas.

clasificacin motores de corriente continua


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inversin del sentido de giro en motores de cc.

para invertir el sentido de giro de un motor de cc., basta con invertir

la polaridad de la tensin aplicada en sus bornes vb (con lo cual vara elsentido de la corriente que circula por su bobinado), y hacer as que el par

de fuerzas que originan el giro del motor sea de sentido contrario.

otro mtodo de invertir el sentido de giro es el de invertir la

polaridad del campo magntico producido por las bobinas excitadoras, esto

solo puede hacerse en mquinas que las tengan accesibles desde el

exterior.

componentes motor cc.

los motores de corriente continua estn fabricados para las tensiones

normales de lnea de 6, 9, 12, 24, 32, 110, 220 y 550.

las velocidades normales a plena carga son:850, 1140, 1725 y 3500 r.p.m.


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componentes

imanes, escobillas que van encima del conmutador, hilo de cobre, lminas

superpuestas donde va enrollado el hilo, conmutador, eje de metal donde

se coloca la bobina de hilo de cobre, carcasa donde se introducen todos

los componentes.

descripcin

el imn del motor tiene forma de media luna, hay dos imanes uno en cada

lado.

las escobillas estn colocadas en la base del motor y son de una mezcla de

grafito y cobre, hay dos una de cada polo. all es donde hay que conectar lapila.

el hilo de cobre va enrollado sobre unas laminas superpuestas en forma de

circulo dividido en tres partes. todo ello forma el rotor.

eje de metal de diferentes medidas dependiendo del motor.

la carcasa tiene forma de cilindro.

esquema de bloques de un motor dc.


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en l, introduciremos una referencia que ser el nmero de vueltas que

queremos que de nuestro motor, y lo controlaremos mediante un pi, el cual

da ms o menos tensin al motor en funcin de las necesidades.

otro diagrama en bloques

control de velocidad de un motor dc.


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conclusiones

los motores de induccin son empleados en las grandes potencias. son

motores industriales que necesitan una gran cantidad de

corriente para el arranque.

los motores de induccin llevan circuitos integrados para

regular la toma de corriente de la lnea y as no generar

bajones de intensidad de la corriente.

los motores de induccin son mas caros que los de continua, pero la

reparacin de un motor de induccin es mucho mas fcil que la del motor

de corriente continua.


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el voltaje boots es muy importante en un motor de induccin.

por lo general los motores de continua se emplean para trabajos pesados y

mas lentos que el motor de induccin.


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arranque de motores

en este este artculo se presentan los aspectos a considerar para

dimensionar adecuadamente el arranque de los motores elctricos.

desarrollo:

se denomina arranque de un motor al rgimen transitorio en el que se eleva

la velocidad del mismo desde el estado de motor detenido hasta el de

motor girando a la velocidad de rgimen permanente.

el conjunto que se pone en marcha es inercial y disipativo, incluyendo en

este ltimo concepto a las cargas tiles, pues consumen energa.

el estudio del arranque de los motores tiene una gran importancia prctica,

ya que la eleccin correcta de las caractersticas de los motores elctricos

y arrancadores a instalar estn basados en el conocimiento de las

particularidades de ste rgimen transitorio.

recordemos que el comportamiento dinmico del conjunto motor-maquina

accionada est regido por la siguiente ecuacin diferencial:

tm - tr = j . d/ dt


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donde tm es el par motor, tr el par resistente, j es el momento de inercia

del conjunto motor-maquina accionada y es la velocidad angular de dicho

conjunto.

por lo tanto, para que el conjunto comience a girar se necesita que el par

motor supere al par resistente, de manera de generar una aceleracin

angular de arranque. el proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el

par motor con el par resistente, estabilizndose la velocidad de giro del

motor.

como la cupla motora es el producto de la corriente absorbida por el flujo

del campo magntico, adems de un factor que caracteriza al tipo de

mquina, este mayor par de arranque generalmente est asociado a una

mayor corriente de arranque, la que no debe superar determinado lmite

por el calentamiento de los conductores involucrados.

aunque se suele enfocar el diseo de estos sistemas de arranque enatencin a las corrientes y cuplas involucradas, no deben dejarse de lado

otros aspectos que tambin resultan importantes, como por ejemplo el

consumo de energa disipada en forma de calor y las perturbaciones sobre

la red de baja tensin.

estas perturbaciones incluyen principalmente las cadas de tensin (muy

notables en los elementos de iluminacin), que pueden afectar el

funcionamiento de otros elementos conectados a la misma, lo que resultacrtico en las instalaciones con muchos motores que realizan frecuentes

arranques.


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por otro lado, los dispositivos de arranque pueden ser de operacin manual

o por contactores. estos ltimos permiten efectuar el mando a distancia

del motor con cables de secciones pequeas (slo se requiere la corriente

necesaria para la bobina del contactor), lo que facilita el accionamiento y

diseo del dispositivo de control por trabajar con intensidades reducidas.

1 - arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula

los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden

poner en marcha mediante los mtodos de arranque directo o a tensin

reducida (excluimos de esta exposicin a los motores monofsicos).

en ambos casos, la corriente de arranque generalmente resulta mayor que

la nominal, produciendo las perturbaciones comentadas en la red de

distribucin. estos inconvenientes no son tan importantes en motores

pequeos, que habitualmente pueden arrancar a tensin nominal.

por ejemplo, el cdigo municipal fija los lmites de corriente en el arranque

indicados en la tabla siguiente:

hasta 3 hp 4,0 . in

ms de 3 hasta 6 hp 3,5 . in






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ms de 30 hp 1,4 . in

la mxima cada de tensin en la red no debe superar el 15% durante el

arranque.

los circuitos con motores deben contar con interruptores que corten

todas las fases o polos simultneamente y con protecciones que corten

automticamente cuando la corriente adquiera valores peligrosos.

en los motores trifsicos debe colocarse una proteccin automtica

adicional que corte el circuito cuando falte una fase o la tensin baje de

un valor determinado.

1.1 - arranque directo de motores asincrnicos con rotor en jaula

se dice que un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se

aplica directamente la tensin nominal a la que debe trabajar.

si el motor arranca a plena carga, el bobinado tiende a absorber una

cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que hace que las lneas

de alimentacin incrementen considerablemente su carga y como

consecuencia directa se produzca una cada de tensin. la intensidad de


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corriente durante la fase de arranque puede tomar valores entre 6 a 8

veces mayores que la corriente nominal del motor. su principal ventaja es el

elevado par de arranque: 1,5 veces el nominal.

siempre que sea posible conviene arrancar los motores a plena tensin por

la gran cupla de arranque que se obtiene, pero si se tuvieran muchos

motores de media y gran potencia que paran y arrancan en forma

intermitente, se tendr un gran problema de perturbaciones en la red

elctrica.

por lo tanto, de existir algn inconveniente, se debe recurrir a alguno de

los mtodos de arranque por tensin reducida que se describen a

continuacin.

1.2 - arranque a tensin reducida de motores asincrnicos con rotor en

jaula

este mtodo se utiliza para motores que no necesiten una gran cupla de

arranque. el mtodo consiste en producir en el momento del arranque unatensin menor que la nominal en los arrollamientos del motor. al reducirse

la tensin se reduce proporcionalmente la corriente, la intensidad del

campo magntico y la cupla motriz.

entre los mtodos de arranque por tensin reducida ms utilizados

podemos mencionar el de arrancador estrella-tringulo, el de

autotransformador de arranque y el de arrancador electrnico.

1.2.1 - arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula por

conmutacin estrella-tringulo


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el arranque estrella-tringulo es el procedimiento ms empleado para el

arranque a tensin reducida debido a que su construccin es simple, su

precio es reducido y tiene una buena confiabilidad.

el procedimiento para reducir la tensin en el arranque consiste en

conmutar las conexiones de los arrollamientos en los motores trifsicos

previstos para trabajar conectados en tringulo en la red de 3 x 380 v.

los bobinados inicialmente se conectan en estrella, o sea que reciben la

tensin de fase de 220 v, y luego se conectan en tringulo a la tensin de

lnea de 380 v; es decir que la tensin durante el arranque se reduce 1,73

veces.

por ser sta una relacin fija, y dado que la influencia de la tensin sobre la

corriente y la cupla es cuadrtica, tanto la corriente como el par de

arranque del motor se reducen en tres veces.

adems, es necesario que el motor est construdo para funcionar en

tringulo con la tensin de la lnea (380 / 660 v). si no es as, no se lo puede

conectar.

adems el estator debe tener sus seis bornes accesibles (situacin que no

se da en todos los motores, como por ejemplo en las bombas sumergibles).

para ello se abren los circuitos de las bobinas del estator y se las conecta al

conmutador. en este caso al motor ingresan 6 cables, ms el de puesta a

tierra.

la conmutacin de estrella a tringulo generalmente se hace en forma

automtica luego de transcurrido un lapso (que puede regularse) en el que

el motor alcanza determinada velocidad.


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en el caso ms simple tres contactores realizan la tarea de maniobrar el

motor, disponiendo de enclavamientos adecuados. la proteccin del motor

se hace por medio de un rel trmico. el trmico debe estar colocado en

las fases del motor. la regulacin del mismo debe hacerse a un valor queresulta de multiplicar la corriente de lnea por 0,58. la proteccin del

circuito ms adecuada tambin es el fusible.

algunas indicaciones que se deben tener en cuenta sobre el punto de

conmutacin son: el pico de corriente que toma el motor al conectar a

plena tensin (etapa de tringulo) debe ser el menor posible; por ello, la

conmutacin debe efectuarse cuando el motor est cercano a su velocidad nominal (95% de la misma), es decir cuando la corriente de

arranque baje prcticamente a su valor normal en la etapa de estrella.

asimismo, el rel de tiempo debe ajustarse para conmutar en este momento,

no antes ni mucho

despus. habitualmente, un arranque normal puede durar hasta 10

segundos, si supera los 12 segundos se debe consultar al proveedor del

equipo. si no se cumple con lo anterior, el pico de corriente que se

produce al pasar a la etapa de tringulo es muy alto, perjudicando a loscontactores, al motor y a la mquina accionada. el efecto es similar al de

un arranque directo.

finalmente digamos que el dispositivo estrella-tringulo tiene el

inconveniente de que la cupla de arranque que se obtiene a veces no es

suficiente para hacer arrancar mquinas con mucho momento de inercia,

en cuyo caso se utilizan los dos mtodos que se describen a continuacin.

ambos permiten conectar motores trifsicos con motor de jaula, los cualestraccionan, por ejemplo, bombas sumergibles.

1.2.2 - arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula por

autotransformador de arranque


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el autotransformador de arranque es un dispositivo similar al estrella-

tringulo, salvo por el hecho de que la tensin reducida en el arranque se

logra mediante bobinas auxiliares que permiten aumentar la tensin en

forma escalonada, permitiendo un arranque suave.

su nico inconveniente es que las conmutaciones de las etapas se realizan

bruscamente, produciendo en algunas ocasiones daos perjudiciales al

sistema mecnico o a la mquina accionada. por ejemplo, desgaste

prematuro en los acoplamientos (correas, cadenas, engranajes o embragues

de acoplamiento) o en casos extremos roturas por fatiga del eje o

rodamientos del motor, producidos por los grandes esfuerzos realizados enel momento del arranque.

una variante menos usada es la conexin kusa, en la que durante el proceso

de arranque se intercala una resistencia en uno de los conductores de

lnea.

1.2.3 - arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula por dispositivos

electrnicos

los arrancadores electrnicos son una mejor solucin que los

autotransformadores gracias a la posibilidad de su arranque suave,

permitiendo un aumento en la vida til de todas las partes involucradas.

los mismos consisten bsicamente en un convertidor esttico alterna-

continua-alterna alterna-alterna, generalmente de tiristores, que

permiten el arranque de motores de corriente alterna con aplicacin

progresiva de tensin, con la consiguiente limitacin de corriente y par de

arranque. en algunos modelos tambin se vara la frecuencia aplicada.


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al iniciar el arranque, los tiristores dejan pasar la corriente que alimenta el

motor segn la programacin realizada en el circuito de maniobra, que ir

aumentando hasta alcanzar los valores nominales de la tensin de servicio.

la posibilidad de arranque progresivo, tambin se puede utilizar para

detener el motor, de manera que vaya reduciendo la tensin hasta el

momento de la detencin

estos arrancadores ofrecen seleccin de parada suave, evitando por

ejemplo, los dainos golpes de ariete en las caeras durante la parada delas bombas; y detencin por inyeccin de corriente continua para la parada

ms rpida de las masas en movimiento.

adems poseen protecciones por asimetra, contra sobretemperatura y

sobrecarga, contra falla de tiristores, vigilancia del tiempo de arranque con

limitacin de la corriente, control de servicio con

inversin de marcha, optimizacin del factor de potencia a carga parcial,

maximizando el ahorro de energa durante el proceso y permiten un ahorro

en el mantenimiento por ausencia de partes en movimiento que sufran

desgastes.

2 - arranque de motores asincrnicos con rotor bobinado


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en un motor asincrnico, la velocidad a la que se produce la mxima cupla

es funcin de la resistencia del circuito rotrico. en particular, la mxima

cupla de arranque se tiene cuando dicha resistencia es aproximadamente

igual a la reactancia del motor.

en los motores de corriente alterna con rotor bobinado, para efectuar el

proceso de puesta en marcha se instala un restato de arranque

conectado a los anillos rozantes del motor de manera de aumentar a

voluntad la resistencia rotrica total.

en este mtodo, el motor arranca con toda la resistencia en serie con el

circuito del rotor. luego por medios manuales o automticos, en forma

continua o escalonada, se va reduciendo la resistencia a medida que la

mquina gana velocidad, hasta que en rgimen permanente el restato

queda en cortocircuito.

cabe acotar que se construyen rotores tipo jaula del tipo de ranura

profunda que producen una cupla de arranque algo similar a la de un rotor

bobinado con restato de arranque. en el momento del arranque lacirculacin de corrientes secundarias localizadas en las cercanas del

entrehierro tienen una mayor densidad de corriente, bloqueando el flujo

magntico hacia el interior del ncleo, por lo que el conjunto se comporta

como si tuviera mayor resistencia efectiva. al aumentar la velocidad,

disminuye la frecuencia secundaria y cesa ese efecto transitorio.


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3 - arranque de motores sincrnicos

una mquina sincrnica "pura" no tiene par de arranque. por lo tanto, en

general se fabrican de forma de que pueda desarrollar un suficiente par deinduccin para el arranque por medio de jaulas auxiliares, hasta una

velocidad prxima al sincronismo en la que la corriente de excitacin

desarrolle un par de sincronizacin conveniente. en algunos casos, las

corrientes parsitas en los polos proveen el par asincrnico suficiente para

el arranque, pero en otros casos debe instalarse un bobinado especial.

las formas de arranque son semejantes a las del motor asincrnico, aunque

se suele coenectar una resistencia intercalada en el bobinado de

excitacin, para evitar sobretensiones en los terminales cuando hay

movimeinto relativo entre el flujo del inducido y el bobinado del campo. si

el campo del motor es excitado por rectificadores, esta tensin inducida

podra producir una componente de continua y un par pulsatorio, que

podria causar transtornos en el arranque.

cuando se necesita un par de arranque muy elevado, los bobinados dearranque (amortiguadores) se disponen con anillos rozantes para intercalar

resistencias externas.

4 - arranque de motores de corriente continua

con los medios de rectificacin de que se dispone actualmente resultafcil y prctico la utilizacin de motores de corriente continua, debido a la

facilidad que tienen para arrancar y regular su velocidad.

en la prctica se utilzan diversos motores de corriente continua como:

-de excitacin independiente.


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-de excitacin serie / universal.

-de excitacin derivacin (shunt).

-de excitacin compuesta en conexin adicional (compound).

-de imanes permanentes.

-especiales.

dentro de los motores de excitacin independiente, serie, derivacin y

compuesta, se distinguen los siguientes bobinados cuya denominacin y e

identificacin sealamos:

ab - inducido.

gh - polos auxiliares y de compensacin.

jk - bobinado inductor independiente.

ef - bobinado inductor serie.

cd - bobinado inductor derivacin.

un motor de corriente continua queda definido por:

-red que alimenta al arrancador / variador (tensin y sistema de c.a.).

-tipo de motor en funcin de la c. c.

-potencia en kw.

-velocidad mxima en rpm.

-gama de trabajo, mnima y mxima.


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-par a transmitir, en nm.

-tensin del inducido, en v.

-tensin del inductor, en v.

-intensidad del inducido, en a.

-intensidad del inductor, en a.

-grado de proteccin ip.

-tipo de fijacin y salida del eje.

el tipo de convertidor necesario depende de la clase de servicio que se

requiera, las que pueden ser:

servicio clase i

empleo al 100% de in, sin posibilidad de sobrecarga.

servicio clase ii

empleo al 100% de in, con posibilidad de 150% de in durante 1 minuto, que

puede repetirse cada hora.

servicio clase iii

empleo al 1 00% de in, con posibilidad de 125% de in durante 2 hs. y del

200% de in durante 10 seg.


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a cada sobrecarga debe seguir el tiempo para que el motor adquiera su

temperatura de rgimen.

las caractersticas ms destacables de los motores en corriente continuason:

motor de excitacin independiente

-par de arranque muy elevado.

-fcil control de velocidad en forma automtica.

-requiere restato de arranque.

-se utiliza en motores pequeos.

motor de excitacin serie

-par de arranque muy elevado.

-difcil control de velocidad.

-requiere restato de arranque.

-se utiliza para traccin elctrica.

motor con excitacin derivacin (shunt)


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-par de arranque menor que en el motor serie.

-muy estable.

-requiere restato de arranque en el inducido.

-utilizado en mquinas herramientas.

motor con excitacin compuesta

-par de arranque ms elevado que el motor en derivacin.

-muy estable.

-requiere restato de arranque en el inducido.

-utilizado en mquinas herramientas y para traccin.

en estos motores la fem en reposo es cero, y por consiguiente, la corriente

y el par de arranque slo quedan limitados por la resistencia del circuito de

inducido.

los motores de corriente continua pueden arrancar por diferentes

procedimientos actuando sobre la tensin. los ms utilizados son elrestato de regulacin y los dispositivos electrnicos de rectificacin

controlada.

4.2 - arranque de motores de corriente continua por restatos


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los restatos se conectan en serie con el inducido, de manera de producir

una caida que disminuya la tensin efectivamente aplicada sobre el mismo.

en el caso del motor derivacin, se deduce que conservando constantes el

flujo y la tensin total, la pendiente de la caracterstica velocidad / par es

proporcional a la resistencia del circuito de inducido. aumentando esta

resistencia, la caracterstica cortar al eje de velocidad cero en un punto

de menor par (y corriente) de arranque. por su parte en el caso del motor

serie el efecto de la resistencia adicional es semejante, obtenindose un

determinado par de arranque con una sobrecorriente menor que en el

motor derivacin, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de traccin.

4.2 - arranque de motores de corriente continua por dispositivos

electrnicos

en estos arrancadores el equipo electrnico, generalmente de tiristores,

recibe un suministro de

corriente alterna monofsica o trifsica y lo convierte en un suministro de

tensin continua variable, que permiten el arranque con aplicacin

progresiva de tensin, con la consiguiente limitacin de corriente y par de

arranque.


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un motor de corriente continua est compuesto de un estator y un rotor.

en muchos motores c.c., generalmente los ms pequeos, el estator est

compuesto de imanes para crear un campo magntico. en motores c.c. ms

grandes este campo magntico se logra con devanados de excitacin de

campo.

el rotor es el dispositivo que gira en el centro del motor y est compuesto

de arrollados de cable conductores de corriente continua. esta corriente

continua es suministrada al rotor por medio de las "escobillas"

generalmente fabricadas de carbn.

nota: un devanado es un arrollado compuesto de cables conductores que

tiene un propsito especfico dentro de un motor

principio bsico de funcionamiento.

cuando un conductor por el que fluye una corriente continua es colocado

bajo la influencia de un campo magntico, se induce sobre l (el conductor)

una fuerza que es perpendicular tanto a las lneas de campo magnticocomo al sentido del flujo de la corriente. ver la figura.

- campo magntico en azul

- corriente continua en rojo

- direccin de la fuerza en violeta

- imanes: n (norte) y s (sur)

para que se entienda mejor, ver como se tiene que colocar este conductor

con respecto al eje de rotacin del rotor para que exista movimiento. en

este caso la corriente por el conductor fluye introducindose en elgrfico.


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- par motor en azul

- fuerza en violeta

- conductor con corriente entrante en el

grfico azul y rojo


pero en el rotor de un motor cc no hay solamente un conductor sino

muchos. si se incluye otro conductor exactamente al otro lado del rotor ycon la corriente fluyendo en el mismo sentido, el motor no girar pues las

dos fuerzas ejercidas para el giro del motor se cancelan.

- par motor en azul

- fuerza en violeta


grfico azul y rojo- imanes: n (norte) y s (sur)

es por esta razn que las corrientes que circulan por conductoresopuestos deben tener sentidos de circulacin opuestos. si se hace lo

anterior el motor girar por la suma de la fuerza ejercida en los dos

conductores.

para controlar el sentido del flujo de la corriente en los conductores se

usa un conmutador que realiza la inversin del sentido de la corriente

cuando el conductor pasa por la lnea muerta del campo magntico.

la fuerza con la que el motor gira (el par motor) es proporcional a la

corriente que hay por los conductores. a mayor tensin, mayor corriente y

mayor par motor.

fuerza contraelectromotriz de un motor cc

cuando un motor de corriente continua es alimentado, el voltaje de

alimentacin se divide entre la cada que hay por la resistencia de los

arrollados del motor y una tensin denominada fuerza electromotriz

(fcem). ver el siguiente diagrama.


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- vm = tensin de entrada al motor (voltios)

- ra = resistencia del devanado de excitacin

(ohmios)

- ia = corriente de excitacin (amperios /

amperes)

- vb = fcem debido al giro del motor (voltios)

aplicando la ley de tensiones de kirchoff:

vm = vb + (ia x ra) o vb = vm - (ia x ra)

nota: observar de la ultima ecuacin que cuando sube el valor de ia,

disminuye el valor de vb.

la fcem es proporcional a la velocidad del motor y a la intensidad del campo

magntico. si el motor tiene rotor con imn permanente esta constante es:k = vb / nd.

donde:

- k = constante de fcem del motor y se expresa en voltios / rpm.

- nd = velocidad de giro del motor en rpm

nota: rpm = revoluciones por minuto



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un motor de corriente continua est compuesto de un estator y un rotor.

en muchos motores c.c., generalmente los ms pequeos, el estator est

compuesto de imanes para crear un campo magntico. en motores c.c. ms

grandes este campo magntico se logra con devanados de excitacin de

campo.

el rotor es el dispositivo que gira en el centro del motor y est compuesto

de arrollados de cable conductores de corriente continua. esta corrientecontinua es suministrada al rotor por medio de las "escobillas"

generalmente fabricadas de carbn.

nota: un devanado es un arrollado compuesto de cables conductores que

tiene un propsito especfico dentro de un motor

principio bsico de funcionamiento.

cuando un conductor por el que fluye una corriente continua es colocado

bajo la influencia de un campo magntico, se induce sobre l (el conductor)

una fuerza que es perpendicular tanto a las lneas de campo magntico

como al sentido del flujo de la corriente. ver la figura.

- campo magntico en azul

- corriente continua en rojo

- direccin de la fuerza en violeta


para que se entienda mejor, ver como se tiene que colocar este conductorcon respecto al eje de rotacin del rotor para que exista movimiento. en

este caso la corriente por el conductor fluye introducindose en el

grfico.

- par motor en azul

- fuerza en violeta


grfico azul y rojo- imanes: n (norte) y s (sur)

pero en el rotor de un motor cc no hay solamente un conductor sino

muchos. si se incluye otro conductor exactamente al otro lado del rotor y


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con la corriente fluyendo en el mismo sentido, el motor no girar pues las

dos fuerzas ejercidas para el giro del motor se cancelan.

- par motor en azul

- fuerza en violeta

- conductor con corriente entrante en el grfico azul y rojo


es por esta razn que las corrientes que circulan por conductores

opuestos deben tener sentidos de circulacin opuestos. si se hace lo

anterior el motor girar por la suma de la fuerza ejercida en los dos

conductores.

para controlar el sentido del flujo de la corriente en los conductores seusa un conmutador que realiza la inversin del sentido de la corriente

cuando el conductor pasa por la lnea muerta del campo magntico.

la fuerza con la que el motor gira (el par motor) es proporcional a la

corriente que hay por los conductores. a mayor tensin, mayor corriente y

mayor par motor.

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