Máquinas eléctricas: tipos, funcionamiento y aplicaciones
1. Sistema
Eléctrico
Maquina
Eléctrica
Sistema
Mecánico
Flujo de energía como MOTORMOTOR
Flujo de energía como GENERADORGENERADOR
Las máquinas eléctricas son convertidores electromecánicos
capaces de transformar energía desde un sistema eléctrico a
un sistema mecánico o viceversa
4. MÁQUINAS ELÉCTRICAS
En los motores eléctricos las espiras rotativas del conductor son
guiadas mediante la fuerza magnética ejercida por el campo
magnético y la corriente eléctrica. Se transforma la energía eléctrica
en energía mecánica.
8. 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 misma, 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 determinado por la ley de Lenz.
Principio de funcionamiento de un generador
eind = 2vBl
9. 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".
FEM INDUCIDO
11. Funcionamiento del Motor DC
Campo Magnético
en el Motor DC
Cuando una corriente eléctrica pasa a
través de un cable conductor inmerso en
un campo magnético, la fuerza
magnética produce un par el cual
provoca el giro del motor
12. Fuerza Magnética
en el Motor DC Cuando una corriente eléctrica pasa a
través de un cable conductor inmerso en
un campo magnético, la fuerza
magnética produce un par el cual
provoca el giro del motor
13. Movimiento de la espira Cuando una corriente eléctrica pasa
a través de un cable conductor
inmerso en un campo magnético, la
fuerza magnética produce un par el
cual provoca el giro del motor
14. Par
en el Motor DC Cuando una corriente eléctrica pasa a
través de un cable conductor inmerso en
un campo magnético, la fuerza
magnética produce un par el cual
provoca el giro del motor
19. Para funcionar, precisa de dos circuitos eléctricos:
• El circuito de campo magnético
• El circuito de la armadura.
El campo magnético (básicamente un imán o un electroimán) permite la
transformación de energía eléctrica recibida por la armadura en energía mecánica
entregada a través del eje. La energía eléctrica que recibe el campo se consume
totalmente en la resistencia externa con la cual se regula la corriente del campo
magnético. Es decir ninguna parte de la energía eléctrica recibida por el circuito del
campo, es transformada en energía mecánica.
La armadura consiste en un grupo de bobinados alojados en el rotor y en un ingenioso
dispositivo denominado colector mediante el cual se recibe corriente continua desde
una fuente exterior y se convierte la correspondiente energía eléctrica en energía
mecánica que se entrega a través del eje del motor.
20. El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas
fundamentales :
Rotor
(circuito de armadura o inducido)
• Eje
• Núcleo y Devanado
• Colector
• Tapas
Constituye la parte móvil del motor,
proporciona el par para mover a la carga.
Está formado por
21. Eje : Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo,
devanado y al colector.
Núcleo : Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su
función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo
magnético del devanado circule.
Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar
al devanado de la armadura (bobinado).
Rotor
22. 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.
23.
24.
25.
26. • Armazón
• Imán permanente
• Escobillas y portaescobillas
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.
Está formado por
Carcasa
Constitución general: MOTORES DC
27. Armazón : Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales : servir
como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del
rotor y del imán permanente, para completar el circuito magnético.
Imán permanente : Compuesto de material ferromagnético altamente remanente,
se encuentra fijado al armazón o carcasa del estator. Su función es proporcionar
un campo magnético uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que
interactúe con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del
rotor como resultado de la interacción de estos campos.
MOTORES DC
38. Motor de Corriente Directa (DC):
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.
- Auto excitación.
- Excitación Serie.
- Excitación Paralelo.
- Excitación Compuesta.
45. Un motor en derivación de 50 Hp, 250 V, 1200 rev/min con devanados de
compensación, tiene una resistencia de inducido de 0,06 ohms. Su circuito de
campo tiene una resistencia total de 50 ohms con lo que produce una
velocidad de vació de 1200 rev/min. Tiene 1200 vueltas por polo en el
devanado en derivación. IF es constante
Dibujar la
característica par
velocidad del motor
cuando IL es 100 A,
200 A y 300 A
00 n
n
E
E
A
A
55. MODIFICACIÓN DE LA VELOCIDAD; actuando sobre la alimentación de
los devanados del motor.
a.1.- Una opción consiste en modificar el flujo de excitación que crea el
inductor, es decir, Vf, así, cambiará la velocidad y el par. Como los cambios de
la velocidad y el par tienen tendencia contraria, la potencia, puede permanecer
constante. (Regulación de campo o de potencia constante).
a.2.- Otra opción consiste en mantener el flujo de excitación que crea el
inductor y variar la tensión del inducido Va, en este caso se modificara la
velocidad ya que la corriente de armadura Ia permanece prácticamente
constante. El par permanecerá constante al no variar la corriente de armadura
pero la potencia proporcionada variara como consecuencia del cambio en la
velocidad. (Regulación del inducido o de par constante).
Motor de Corriente Directa (DC):
56. Tacogeneradores
Para el control de máquinas operatrices de control numérico,
máquinas textiles y otras aplicaciones que requieran velocidad
continua controlada o aceleraciones y desaceleraciones de
programas prefijados.
57. Circuito Tipo
Frecuencia
de rizado
Cuadrante de
funcionamiento
Media onda 3fs
semiconvertidor 6fs
Convertidor
Totalmente
controlado
6fs
Convertidor
dual
6fs
►Variadores
monofásicos/
trifásicos CA/CC
60. Actuadores :
CONVERTIDOR:
Debe permitir obtener tensión y corriente directa e inversa para poder trabajar en 4
cuadrantes.
La tensión media de salida debe variar linealmente con la señal de control para obtener una
buena precisión del control de posición.
Debe proporcionar una corriente con un buen factor de forma para minimizar las
fluctuaciones en la velocidad y par del motor.
TROCEADORES RECTIFICADORES CONTROLADOS
61.
62.
63. Motores paso a paso: Características
• Similares a los motores de corriente
continua.
• Diferencia principal: se usan más
para posicionamiento
electromecánico.
• Otras diferencias:
– la conmutación de polos es
externa;
– nº polos grande, paso
pequeño ->precisión en
movimientos
– nº de polos variable
(relacionado con nº pasos
necesario para completar una
vuelta)
64. Motores paso a paso: Tipos de steppers
• Existen 3 tipos básicos:
– De reluctancia variable
– De imán permanente
– Híbridos
• Se diferencian por el tipo de construcción (uso o no de imanes
permanentes en el rotor y estatores de acero laminado).
