Este documento trata sobre la regulación de la velocidad de motores eléctricos. Contiene información sobre diferentes métodos de regulación de velocidad como variar el número de polos, usar variadores de frecuencia o rectificadores controlados. También explica cómo la reacción de armadura afecta el flujo magnético en los motores.

1. Tecnológico nacional de México TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
“campus Apizaco”
carrera:
ingeniería electromecánica
Asignatura:
Maquinas eléctricas para electromecánica
Horario:
l,m,M,j De 10:00 A 11:00 Hrs D8
v De 11:00 A 13:00 Hrs F3
PROFESOR:
ING. JOSE JUAN SILVESTRE CORONA CAMPOS
MOTIVO:
exp4UP1.6-1.7”Regulacion de la
velocidad motor-Efecto de reacción de armadura
NOMBRE DEL ARCHIVO:
MEelmca2017,1EQ4exp4UP1.6-1.7diap45
MEelmca2017, 1EQUIPO 4 “ The Cowboys”
No. DE
LISTA
NOMBRE
6 CORONA TOLEDO MIGUEL
11 GARCIA PEREZ ANGEL
22 JIMENEZ ROMERO MIGUEL ANGEL
25 MORALES HERNÁNDEZ ALVARO (CÁPITAN)
26 MORALES HERNANDEZ FEDERICO
33 SANCHEZ GUARNEROS RAZIEL
36 ZÁRATE PAREDES MANUEL ALEJANDRO

2. Temas de expiación
1.6.Regulación de velocidad
del motor.
1.7.Efecto de la reacción de
armadura sobre el flujo del
campo.

3. 1.6 REGULACION DE LA
VELOCIDAD DEL MOTOR

4. En nuestro entorno se usa gran cantidad de motores con
fines generales, desde equipos domésticos hasta
herramientas en instalaciones industriales. El motor
eléctrico se ha convertido en una fuente necesaria e
indispensable de alimentación en muchas industrias. La
función y el desempeño requeridos para estos motores
oscilan grandemente. Si nos concentramos en el
segmento de control de velocidad del mercado de los
motores, los servomotores y los motores paso a paso
controlan su velocidad con un tren de impulsos, mientras
que los motores de inducción y los motores sin
escobillas de CC controlan la velocidad con una
resistencia externa y/o tensión de CC.

5. Los motores de varias velocidades tienen
su principal utilidad en aquellos casos en
los que la velocidad no tiene que
regularse de forma progresiva, como es el
caso de herramientas como tornos,
fresas, taladradoras, etc., en general
todas las que trabajan por arranque de
virutas, pues de esta manera se reducen
las transmisiones mecánicas, con lo que
se reducen las perdidas.

6. Este tipo de regulación de velocidad se
realiza por medio de varias velocidades.
Con respecto a los motores de dos
velocidades, pueden obtenerse de dos
maneras diferentes:
-Por medio de dos devanados diferentes, o
sea, independiente.
-Por medio de un solo devanado en
conexión Dahlander.

7. Regulación de la velocidad.
El procedimiento más utilizado para esta
regulación de velocidad es la de variar el número
de polos del estator, puesto que sabemos que la
velocidad de un motor depende de la
frecuencia de la red y del número de pares del
motor.

8. Motores de dos velocidades, devanados
independientes.
Son motores trifásicos con rotor en
cortocircuito que llevan dos
devanados separados, normalmente
conectados cada uno de ellos en
estrella y teniendo también cada uno
de ellos distinto número de polos
para obtener una velocidad por cada
bobinado.

9. Estos tipos de motores solamente se pueden conectar a una tensión
y solamente se puede realizar el tipo de arranque directo.
Los motores con devanados independientes, teóricamente, permiten
cualquier relación de velocidad y de potencia, aunque son preferibles
los montajes a potencia constante y relación de velocidad distinta a
2: 1, cosa que no resulta posible en la conexión Dahlander.
El empleo de este tipo de motores es bastante reducido y
prácticamente ha desaparecido su uso, pues tienen poca potencia y
mucho volumen.
La relación de velocidades con respecto al número de polos suele
ser:
Velocidades 500 / 700 750 / 1000 1000 / 1500
Nº de polos 12 / 8 8 / 6 6 / 4

10. REGULACION DE
VELOCIDAD EN LOS
MOTORES DE CORRIENTE
ALTERNA

11. Velocidad en los motores de corriente alterna: aumentando el
número de polos de un motor se influye en la velocidad del motor,
que se determina por la formula:
F = P * (n/60)
La frecuencia F a la que trabaja un motor viene dada por el numeró
de pares de polos P multiplicado por la velocidad del motor contado
en revoluciones por minuto (rpm) divido por 60.
Por tanto, si quiere saber a qué velocidad en r.p.m. funciona un motor
bastará con transformar
La fórmula anterior en:
n = (60.F) / P
El número de r.p.m., a que gira un motor, depende de la frecuencia de
trabajo multiplicado por 60, dividido todo ello,
por el número de pares de polos que tenga el motor.

12. Conmutación de polos
En consecuencia; la velocidad de giro de un motor no depende
en nada del voltaje de funcionamiento, y como el valor de la
frecuencia de red es inalterable, para cambiar la velocidad
de un motor solo se puede hacer, cambiando el número de
polos que tiene el motor.
Los motores de dos velocidades, por tanto, llevan tomas
intermedias de los pares de polo, a la caja de bornes; para
que, con la ayuda de conmutadores especiales, poder alterar
las entradas y salidas de la corriente a cada par de polos del
motor. Consecuentemente el número de revoluciones se verá
alterada por la posición del conmutador de polos. Todos los
motores de dos velocidades, llevaran en la caja de bornes, el
doble de conexiones de un motor de una sola velocidad.

13. En la tabla I puede verse como los
motores europeos, que trabajan a una
frecuencia de 50 Hz, son más lento que
los del continente americano que
trabajan a 60 Hz; también se observa,
que para conseguir velocidades
mayores, como por ejemplo; las que se
necesitan en el radar, donde se emplean
frecuencia de 400 Hz; con lo que se
consiguen motores de rotor muy rápidos.

14. Cuanto más velocidad tenga un motor, y en
consecuencia, ser menor el número de polos, más
económico de precio será el motor, pues las
dimensiones también son menores.
A igual velocidad las dimensiones del motor aumenta
con la potencia que desarrolle.

15. Variación de frecuencia.
. Hoy día ya es posible cambiar la velocidad e los motores,
sin necesidad de variar el número de pares de polos; en la
fórmula se observa que si el valor de la frecuencia en vez de
tener un valor fijo de 50 o 60 Hz, se pudiera variar este
valor; entonces se obtendría valores diferentes del número
de r.p.m., del motor. Esto se realiza con los variadores de
velocidad estáticos.
Pequeños dispositivos electrónicos que se intercalan entre
el interruptor y el motor; con el que fácilmente se puede
actuar sobre la frecuencia para variar la velocidad del motor
sin necesidad de complicados conmutadores de polos.
En la figura 1, puede verse un variador de velocidad,
aplicable a motores trifásicos, con rotor de jaula de ardilla,
y con una potencia comprendida entre 370 W y 17 KW.

17. FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR
DE VELOCIDAD
La corriente alterna trifásica es rectificada y convertida en
corriente continua, y luego, en un circuito inversor, se vuelve
a convertir en alterna trifásica. Para que la frecuencia pueda
ser variable, no se llega a transformar del todo en una
corriente lineal, una parte de esta corriente
De entrada se filtra a un circuito intermedio que regula la
salida.
La relación entre el voltaje y la frecuencia debe de
mantenerse constante para que el motor conserve su par de
fuerza constante, independientemente de la velocidad. Esto
quiere decir que se cambia la tensión y la frecuencia en la
misma proporción.

18. Control de velocidad de motores
CC
Regulación de velocidad por medio de
rectificadores controlados
Tal y como se muestra en la figura, se
puede regular la velocidad de un motor
CC alimentándolo por medio de una
corriente controlada por el disparo de
rectificadores:

20. La red de alimentación puede ser monofásica o
trifásica, por lo que los convertidores serán,
respectivamente monofásicos o trifásicos.
Generalmente el uso de redes monofásicas se
restringe a motores cuyas potencias nominales no
superen los 5kW. Los rectificadores utilizados
pueden ser solo tiristores, tomando el nombre de
convertidores completos, o bien una combinación
de tiristores y diodos, donde pasan a llamarse
semiconvertidores. Para ambos casos el retraso
en el encendido de los tiristores determina el
valor medio de la tensión de salida del convertidor
de acuerdo a estas expresiones:

21.  Convertidor monofásico:
𝑽 𝑪𝑪 =
𝟐∗𝑽 𝒎
𝝅
∗ 𝐜𝐨𝐬(𝜶)
 Semiconvertidor monofásico:
𝑽 𝑪𝑪 =
𝑽 𝒎
𝝅
∗ (𝟏 + 𝐜𝐨𝐬 𝜶 )
Convertidor trifásico:
𝑽 𝑪𝑪 =
𝟑∗ 𝟑𝑽 𝒎
𝝅
∗ 𝐜𝐨𝐬(𝜶)
Semiconvertidor trifásico:
𝑽 𝑪𝑪 =
𝟑∗ 𝟑 ∗𝑽 𝒎
𝟐∗𝝅
∗ (𝟏 + 𝐜𝐨𝐬 𝜶 )

22. En estas fórmulas, 𝑉𝑚 representa el valor
máximo de la red para el caso de sistemas
monofásicos, y la máxima tensión de fase
de la red trifásica. En la siguiente figura se
muestran en un modo gráfico las relaciones
anteriores, el valor máximo de la tensión de
salida (que resulta de un ángulo de disparo
a α=0°) vale:
𝟐𝑽 𝒎
𝝅
o
𝟑 𝟑𝑽 𝒎
𝝅

24. Regulación de velocidad mediante
realimentación
 En los apartados anteriores, tanto en la regulación por
rectificadores controlados como en la regulación por
choppers, el sistema de control utilizado se conoce como
“lazo abierto”. En estos sistemas se comprueba que
cuando varían las condiciones de trabajo de la máquina,
también cambia la respuesta de la misma, y de este modo,
si por ejemplo se producen cambios en la carga aplicada
al motor, también aparecerán cambios en la velocidad de
giro. Este comportamiento no tiene demasiada
importancia para ciertas aplicaciones, mientras que para
otras resulta inadmisible.

25.  Se puede conseguir una mayor estabilidad de la velocidad del motor y
de la respuesta dinámica que tiene el mismo, utilizando las técnicas de
los sistemas realimentados. A continuación se muestra un esquema
simplificado de un sistema de control a lazo cerrado:

26. 1.7.EFECTO DE LA REACCIÓN DE
ARMADURA SOBRE EL FLUJO
DEL CAMPO.

27. Efecto de la relación de armadura
sobre el flujo del campo
En las maquinas de rotación, los voltajes se
generan en los devanados o en los grupos de
bobinas al girar estos devanados de manera
mecánica a través de un campo magnético, al
girar mecánicamente un campo magnético por el
devanado o al diseñar el circuito magnético de
manera que la regulación varié con la rotación
del rotor.
Al conjunto de dichas bobinas conectadas entre
si, comúnmente se le denomina devanado de
armadura inducido.

28. En las maquinas de corriente alterna, como son
las maquinas de inducción o síncronas, el
devanado de armadura o inducido se encuentra en
la posición estacionaria del motor conocido como
el estator, en cuyo caso a estos devanados
también seles denomina devanado estatorico.
Dentro de una maquina de corriente directa, el
devanado de armadura o inducido se encuentra en
el miembro que gira, denominado rotor.
Como se analizara, el devanado de armadura o
inducido de una maquina de corriente directa
consiste en varias bobinas conectadas entre si
para formar una curva cerrada.

29.  En la mayoría de las maquinas de rotación, el estator y el
rotor se fabrican de acero eléctrico, y los devanados se
instalan en ranuras en ranuras elaboradas en dichas
estructuras.
 El flujo de variación temporal que esta presente en las
estructuras de los devanados de estas maquinas tiende a
inducir las corrientes, conocidas como corrientes de Eddy,
en el acero eléctrico.
 Las corrientes de Eddy pueden ser una enorme fuente de
perdida en dichas maquinas, además pueden reducir de
manera significativa el funcionamiento de la maquinaria.
 Con el fin de minimizar los efectos de las corrientes de
Eddy, la estructura del devanado generalmente se fabrica a
partir de delgas laminadas de acero electrolítico aisladas
entre si.

30.  En algunas maquinas, como las quinas de regulación
variable y los motores de pasos, no existen devanados en
el rotor. El funcionamiento de estas maquinas depende de
que no sea uniforme la regulación del entrehierro que se
asocia con las variaciones en la posición del rotor, en
conjunto con las corrientes de variación temporal que se
aplican a sus devanados estatoricos.
 En dichas maquinas, tanto el estator como las estructuras
del rotor están sujetos al flujo magnético variante en el
tiempo y, como consecuencia, ambos requieren de estas
laminas para reducir las perdidas debidas a las corrientes
de Eddy.

31. Maquinas con entrehierro
uniformes
En las figuras que estarán a continuación
se ilustra una bobina de paso con N
numero de vueltas en una estructura de
alta permeabilidad magnética (µ tiende ∞),
con un rotor cilíndrico concéntrico. la fmm
del entrehierro Fag que se presenta en
esta configuración se muestra graficada
en contra del Angulo Øa.
La distribución de la fmm en el entrehierro
es intregral de línea de Hag a través del
entrehierro.

33. Campo magnético producido
por la corriente de armadura.
Cuando los conductores del inducido o armadura son recorridos por
una corriente eléctrica, producen un campo magnético
La dirección de este campo transversal de reacción adquiere la misma
dirección que el eje de las escobillas, con lo que resulta ser
perpendicular al campo principal producido por los polos inductores

34. Los efectos del flujo de
armadura sobre el flujo
de campo
El campo transversal debido a la reacción
del inducido o armadura se suma
vectorialmente al principal, dando como
fruto un campo magnético resultante que
queda desviado de la posición original

37. Esta desviación del campo inductor produce una
serie de problemas cuando las escobillas conmutan
de una delga a otra en el colector, dando como
resultado chispas que perjudican notablemente el
funcionamiento de la máquina.

38. Los efectos del flujo de armadura
sobre el flujo de campo producen
consecuencias que intervienen en
el funcionamiento de la maquina
como:
Disminuye el valor global del campo magnético de la maquina.
Disminuye la FEM en la carga
Disminuye indirectamente el rendimiento
Crea peligro de chispas en el colector
Aumenta las dificultades para realizar una buena conmutación.
Aumento considerable de las pérdidas en el hierro al existir una mayor
densidad de flujo.
Desplazamiento del “plano o línea neutra”(plano en el que se anula el
campo)

40. Corrección del efecto de Reacción
de la Armadura
Mover el mecanismo que sujetan las
escobillas con el fin de hallar el punto
neutro
Modificar los extremos en los polos de
campo, fin bajar los flujos en los extremos
Agregar interpolos o polos de
conmutación
Agregar polos de compensación

41.  Se denomina reacción de la armadura a un fenómeno
magnético presente en alternadores trifásicos, y que
consiste en la modificación del campo magnético
existente entre el rotor y el estator de dicho
alternador, dependiendo de cómo sea la carga que
tiene que mantener dicha máquina eléctrica.
 A similitud de lo que ocurre en generadores de
Corriente Continua, estando el alternador de una
máquina de C.A. en vacío, el único flujo presente es el
del campo magnético inductor. Pero al cargarse al
alternador la corriente inducida que recorre a los
conductores (Generalmente ubicados en el estator)
también crean un campo magnético giratorio al cual el
rotor debe vencer para que el rotor gire y el alternador
entregue energía a la red.

42.  Si la carga es óhmica, la composición de ambos
campos (Inductor e inducido) son concordantes entre
las líneas activas del estator y los polos del rotor. El
campo inducido tiende a deformar al campo inductor
principal de la rueda polar aumentándolo en los
extremos polares posteriores y disminuyéndolo en los
extremos polares anteriores, en relación al sentido de
giro.
 El resultado es que con carga óhmica el flujo principal
resulta disminuido y deformado por este fenómeno
magnético al que se llama reacción de la armadura, y
puede decirse que con este tipo de carga, la rueda
polar es "tirada hacia atrás", manifestándose así el
par resistente o frenante, proporcional a la carga que
debe vencer la máquina de impulso del alternador.

43. En caso de considerarse al alternador con una
carga (teórica) puramente inductiva, los máximos
valores de f.e.m. inducida en los conductores del
estator seguirán en consecuencia con el eje de
simetría de las piezas polares, mientras que sus
respectivas corrientes inducidas se encontrarán
retrasadas en 90º eléctricos, por lo que
corresponderá una disposición de campos en la
cual las corrientes inducidas están atrasadas 90º en
relación a su antigua ubicación para carga óhmica.

44. Por ende, se puede determinar
como conclusión que el fenómeno
de la reacción de la armadura
para carga inductiva pura tiene
consecuencias totalmente
desmagnetizantes, lo que
establece la imposibilidad
práctica del funcionamiento del
alternador en esa condición de
carga.

45. Una corriente circula por la armadura de la
maquina generando un flujo magnético (φa) . Este
flujo magnético se suma al flujo magnético
producido por el campo, produciendo un efecto de
distorsión.
Por la reacción de armadura cambia la distribución
del flujo magnético en el entrehierro existiendo
zonas donde la resultante de flujo es de mayor (φ
total=φa+ φc) magnitud que la del flujo de campo y
otras zonas en el que el flujo es notoriamente
menor
Cabe destacar que las zonas donde la magnitud de
flujo es mayor, hace que el núcleo se sature
generando perdidas en el fierro por calor,
corrientes parasitas, etc.

46. Bibliografías
1. Fitzgerald, A. & Kingsley, C.(1983).
Electric Machinery (2a Ed). New York: Mc
Graw Hill.
2. Wildi, T. (2009). Máquinas Eléctricas y
Sistemas de Potencia (6ª Ed). Mexico:
Pearson
3. Leander, W. (2003). Máquinas
electromagnéticas y electromecánicas. (4ª
Ed.) Mexico: Alfaomega.
4. Kosow,I. (2001). Máquinas Eléctricas y
Transformadores (2ª Ed.). Mexico: Pearson
5. Chapman, S. (2012). Máquinas
Eléctricas (5ª Ed). Mexico: Mc Graw Hill.