motores y generadorees de corriente continua

120
UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA MÁQUINAS ELÉCTRICAS CICLO II-2007 TEMA: “MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA” CATEDRÁTICO: ING. RIGOBERTO VELÁSQUEZ PAZ PRESENTA: CARNET: ROMERO MARTÍNEZ, WILLIAM GUILLERMO RM05081

Upload: josemanuelventuracarranza

Post on 05-Dec-2015

216 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

motores

TRANSCRIPT

Page 1: Motores y Generadorees de Corriente Continua

UNIVERSIDAD DE EL SALVADORFACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICAMÁQUINAS ELÉCTRICAS CICLO II-2007

TEMA:“MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE

CONTINUA”

CATEDRÁTICO: ING. RIGOBERTO VELÁSQUEZ PAZ

PRESENTA: CARNET:

ROMERO MARTÍNEZ, WILLIAM GUILLERMO RM05081

Page 2: Motores y Generadorees de Corriente Continua

3

ÍNDICE

SECCIÓN PÁG.

INTRODUCCIÓN……………………………………………….5

OBJETIVOS…………………………………………………….6.

MARCO TEÓRICO………………………………………….....................7

DESARROLLO

1. LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA……..16

ECUACIONES FUNDAMENTALES DE LAMÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA…………16

2. LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA………….19

TIPOS DE MOTORES ELÉCTRICOS DECORRIENTE CONTINUA……………………………..25

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA…..32

3.PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL

GENERADOR………………………..……………………….37

4. TIPOS DE GENERADORES DECORRIENTE CONTINUA……………………………………39

5.APLICACIONES Y SELECCIÓN DE

MOTORES Y GENERADORES DE

CORRIENTE CONTINUA

5.1 MOTORES………………………………………………….465.2 GENERADORES…………………………………………..48

Page 3: Motores y Generadorees de Corriente Continua

4

SECCIÓN PÁG.

6. PARTICULARIDADES

ARRANQUE EN MOTORES DE CORRIENTE

DIRECTA……………………………………………………50

CONTROLADORES MAGNÉTICOS PARA

GRANDES MOTORES DE

CORRIENTE DIRECTA………....................................................50

SISTEMAS UTILIZADOS PARA LA REGULACIÓN DE

LA VELOCIDAD

EN LOS MOTORES……………………………………..51

LA REGULACIÓN DEL VOLTAJE DE UN

GENERADOR DE CORRIENTE DIRECTA…………….53

7. FALLAS EN MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE

CONTINUA

FALLAS EN LOS MOTORES………………………………54 FALLAS EN

LOS GENERADORES……………………….58

8. MANTENIMIENTO Y PRUEBAS DE MOTORES

Y GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA……………..60

Page 4: Motores y Generadorees de Corriente Continua

5

CONCLUSIONES……………………………………………………65

BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................66

Page 5: Motores y Generadorees de Corriente Continua

6

TEMA: MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE

CONTINUA”

INTRODUCCION

En el presente reporte se exponen los detalles de la investigación sobre los

generadores y motores que operan con corriente directa, con ello se pretende

analizar que diferencias existen con respecto a los generadores y motores de

corriente alterna. A la vez, se hace necesario hacer notar la ventaja del uso de

motores y generadores de corriente directa o continua.

Por otra parte, se hace necesario explicar las características y parámetros

más importantes de los motores y generadores de corriente continua, con el

objetivo de investigar más a fondo lo que respecta a ese tipo de máquinas

eléctricas.

Además es necesario tener presente las fallas de este tipo de máquinas,

como elegir el motor o generador adecuado, que mantenimiento debe

dárseles a ellos, y otros temas relacionados con los motores y generadores

de corriente continua, con la finalidad de prepararnos como futuros ingenieros

mecánicos en esta área, que esta presente en un buen porcentaje en el

mercado laboral de la carrera.

Por esas razones, a continuación se presentan todos esos detalles y otros no

mencionados, referidos a los motores y generadores de corriente continua.

Page 6: Motores y Generadorees de Corriente Continua

7

OBJETIVOS

Identificar diferencias y similitudes de los motores y generadores

de corriente continua con respecto a los que operan con corriente

alterna.

Conocer el principio de funcionamiento, así como también los tipos de

motores y generadores de corriente continua.

Identificar las ventajas que presentan en la industria los

generadores y motores de corriente continua o corriente directa.

Dar a conocer las posibles fallas que se presentan en los motores y

generadores de corriente continua, y brindar información acerca de

cómo debe de dárseles el mantenimiento para su correcta operación

durante el trabajo en la industria.

Presentar algunos detalles implícitos dentro del área de los

motores y generadores de corriente continua.

Page 7: Motores y Generadorees de Corriente Continua

8

MARCO TEÓRICO

CORRIENTE CONTINUA O CORRIENTE DIRECTA

La corriente continua es el flujo continuo de electrones a través de un

conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente

alterna, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la

misma dirección desde el punto de mayor potencial al de menor. Aunque

comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por

ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que

mantenga siempre la misma polaridad.

PRINCIPIOS GENERALES DE LOS MOTORES Y

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA.

1. Inducción Electromagnética

Un campo magnético está representado por líneas de flujo continuas que

se considera emergen de un polo norte y entran en un polo sur.

Si las líneas de flujo se deforman por el movimiento del conductor de la

bobina antes de romperse, la dirección del voltaje inducido se considera

hacia dentro del conductor si se muestra que las flechas, por el flujo

distorsionado, apuntan en el sentido del giro de las

Page 8: Motores y Generadorees de Corriente Continua

9

manecillas del reloj, y hacia a fuera si apuntan en sentido contrario al giro de

las manecillas del reloj. Esta es la acción de generador.

2. Fuerza sobre conductores por los que fluye corriente en un

campo magnético.

Si un conductor lleva una corriente, alrededor del mismo se forman espiras

de flujo. La dirección del flujo es en el sentido de giro de las manecillas del

reloj si la corriente es tal que se aleja del observador y hacia el conductor, y

es en sentido contrario al giro de las manecillas del reloj si la corriente del

conductor sale del papel y se dirige al observador.

Si este conductor está en un campo magnético, la combinación del flujo del

campo y el flujo que genera el conductor puede considerarse que produce

una concentración de flujo en el lado del conductor en donde los dos flujos

son aditivos, y una disminución en el lado en donde se oponen. El

resultado es una fuerza sobre el conductor, que tiende a moverlo hacia el

lado que tiene flujo reducido. Ésta es la acción de motor.

3. Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor

Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia

del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador.

Page 9: Motores y Generadorees de Corriente Continua

10

La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada

en bornes del motor.

Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que

con máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se

comporta como una resistencia pura.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS.

Muchos dispositivos pueden convertir energía eléctrica a mecánica y

viceversa. La estructura de estos dispositivos puede ser diferente,

dependiendo de las funciones que realicen. Algunos dispositivos son usados

para conversión continua de energía, y son conocidos como motores y

generadores. Otros dispositivos pueden ser: actuadores, tales como

solenoides, relés y electromagnetos. Todos ellos son física y

estructuralmente diferentes, pero operan con principios similares.

Una máquina eléctrica es un dispositivo que puede convertir energía mecánica

en energía eléctrica o energía eléctrica en energía mecánica. Cuando este

dispositivo es utilizado para convertir energía mecánica en energía

eléctrica, se denomina generador; cuando se convierte energía eléctrica en

energía mecánica, se llama motor.

Un dispositivo electromecánico de conversión de energía es

esencialmente un medio de transferencia entre un lado de entrada y

Page 10: Motores y Generadorees de Corriente Continua

11

uno de salida, como lo muestra la fig. 1.1. En el caso de un motor, la

entrada es la energía eléctrica, suministrada por una fuente de poder

y la salida es energía mecánica enviada a la carga, la cual puede ser

una bomba, ventilador, etc.

El generador eléctrico convierte la energía mecánica por una máquina

prima (turbina) a energía eléctrica en el lado de la salida.

La mayoría de estos dispositivos pueden funcionar, tanto como motor,

como generador.

Fig. 1. 1. Diagrama de bloques de dispositivos electromecánicos de conversión de energía, (a) motor, (b) generador.

Page 11: Motores y Generadorees de Corriente Continua

12

CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

ROTATIVAS.

EL MOTOR ELECTRICO

Se llama motor eléctrico al dispositivo capaz de transformar la energía

eléctrica en energía mecánica, es decir, puede producir movimiento al

convertir en trabajo la energía eléctrica proveniente de la red o almacenada

en un banco de baterías.

Básicamente, un motor está constituido por dos partes, una fija

denominada Estator, y otra móvil respecto a esta última denominada

Rotor. Ambas están fabricadas en material ferromagnético (chapas

magnéticas apiladas), y disponen de una serie de ranuras en las que se

alojan los hilos conductores de cobre que forman el devanado eléctrico.

Page 12: Motores y Generadorees de Corriente Continua

13

En todo motor eléctrico existen dos tipos de devanados: el inductor, que

origina el campo magnético para inducir las tensiones correspondientes en el

segundo devanado, que se denomina inducido, puesto que en él aparecen

las corrientes eléctricas que producen el par de funcionamiento deseado

(torque).

El espacio entre el rotor y el estator es constante y se denomina

entrehierro. Por efecto de las intensidades que atraviesan el rotor y el

estator; se crean campos magnéticos en el entrehierro. La interacción de

estos campos magnéticos con las intensidades que atraviesan los

conductores del rotor produce unas fuerzas tangenciales que hacen girar el

rotor produciéndose de este modo la energía mecánica.

Desde su invención hasta nuestros días, el uso de los motores

eléctricos ha sido creciente debido a:

A. Gran versatilidad de utilización y potencias que hacen posible su uso en el

hogar, la industria, el transporte, etc.

B. Altos rendimientos: un motor diesel 18.5 HP a 1500 rpm tiene una

eficiencia del orden del 36%, mientras que uno eléctrico de la misma

potencia a 440 V tiene una eficiencia del 87%.

C. Larga duración: Con buena utilización y mantenimiento su vida útil es

superior a 20 años.

Page 13: Motores y Generadorees de Corriente Continua

14

VISTA ESQUEMÁTICA DE UN MOTOR ELÉCTRICO

GENERADORES ELECTRICOS

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una

diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos,

terminales o bornes.

Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía

mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un

campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una

armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un

Page 14: Motores y Generadorees de Corriente Continua

15

movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza

electromotriz (F.E.M.).

Se clasifican en dos tipos fundamentales: primarios y secundarios. Son

generadores primarios los que convierten en energía eléctrica la energía de

otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, mientras que

los secundarios entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido

previamente. Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso

físico que les sirve de fundamento.

El generador elemental está constituido por una espira de alambre

colocada de manera que pueda girar dentro de un campo magnético fijo y

que produzca una tensión inducida en la espira. Para conectar la espira

al circuito exterior y aprovechar la f.e.m. inducida se utilizan contactos

deslizantes.

Las piezas polares son los polos norte y sur del imán que

suministran el campo magnético. La espira de alambre que gira a través

del campo magnético se llama inducido o armadura. Los cilindros a los

cuales están conectados los extremos del inducido se denominan "anillos

rozantes" o de contacto, los cuales giran a la vez que el inducido. Unas

escobillas van rozando los anillos de contacto para recoger la electricidad

producida en la armadura y transportarla al circuito exterior.

Page 15: Motores y Generadorees de Corriente Continua

16

PARTES DE UN GENERADOR ELECTRICO

1. Aislamiento

2. Ventilación controlada

3. Colector

4. Soporte del lado conector

5. Conjunto de Escobilla

6. Inducido

7. Cojinetes

8. Caja de Borne

Page 16: Motores y Generadorees de Corriente Continua

17

DESARROLLO

1. LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA O DIRECTA.

Las máquinas de corriente continua (cc) se caracterizan por su versatilidad.

Debido a la facilidad con la que se pueden controlar, a menudo se usan

sistemas de máquinas de cc en aplicaciones donde se necesita una amplia

gama de velocidades de motor o de control de la potencia de éste.

En los últimos años la tecnología de sistemas de control de estado sólido se

ha desarrollado lo suficiente para controladores de corriente alterna (ca), y

por lo tanto se comienzan a ver dichos sistemas en aplicaciones que antes se

asociaban casi exclusivamente con las máquinas de cc. Sin embargo éstas

continuarán aplicándose debido a su flexibilidad y a la sencillez relativa de

sus lazos de control, en comparación con los de las máquinas de ca.

Los principios de fundamentales que tienen que ver con el funcionamiento de

las máquinas son muy sencillos, pero que por lo general se opacan por lo

complejo de la construcción de las máquinas reales.

Ecuaciones fundamentales de la máquina de corriente continua.

En la figura siguiente aparecen esquemáticamente las características

esenciales de una máquina de cc. El estator tiene

polos salientes y se excita mediante uno o más devanados de

Page 17: Motores y Generadorees de Corriente Continua

.

18

campo. La distribución de flujo en el entrehierro que crean los devanados de

campo es simétrica respecto a la línea de centro de los polos de campo. El

rotor sustenta un conjunto de bobinas que giran con él que se encargan de

generar el campo magnético en cuadratura, y por ende, generar el torque de

giro. El colector, que corresponde a una especie de rectificador mecánico, se

encarga de alimentar a cada bobina en el momento adecuado, con el fin de

conservar la cuadratura de los campos.

La figura que a continuación se muestra representa el modelo eléctrico del

motor de cc. De este modelo se pueden sacar las ecuaciones base que

describen el comportamiento de la máquina, pudiéndose obtener distintas

curvas características.

Page 18: Motores y Generadorees de Corriente Continua

19

Las ecuaciones de campo se rigen por un sistema de primer orden (ec1.1),

al igual que en el rotor (ec1.2). Las ecuaciones magnéticas mecánicas

relacionan el enlace entre el campo y la armadura (ec1.3) y la

transferencia de energía hacia la carga (ec1.4 y ec1.5).

Donde:

Page 19: Motores y Generadorees de Corriente Continua

20

2. LOS MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA.

El motor de corriente continua o directa es básicamente un transductor de

par que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. El par

desarrollado por el eje del motor es directamente proporcional al flujo en el

campo y a la corriente en la armadura.

Para comprender el principio de funcionamiento de un motor eléctrico de

corriente continua, nos basaremos en el siguiente flujograma:

Page 20: Motores y Generadorees de Corriente Continua

21

Algunas características de los motores de corriente continua son:

o Poder regular continuamente la velocidad del eje.

o Un par de arranque elevado.

Es necesario aplicar corriente continua en el inducido (bobinado situado

en el rotor) y en el inductor (bobinado o imán situado en el estator)

Page 21: Motores y Generadorees de Corriente Continua

22

Sus partes principales (ya mencionadas en el flujograma) son:

Page 22: Motores y Generadorees de Corriente Continua

23

Rotor

Constituye la parte móvil del motor, proporciona el torque para mover a la

carga.

Está formado por:

• 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.

• 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 (llamadas también

cepillos).

Page 23: Motores y Generadorees de Corriente Continua

24

EN ESTA FIGURA SE NOS MUESTRA EL MONTAJE DE LOS

ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN AL ROTOR.

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:

• ARMAZÓN: Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales:

servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo

Page 24: Motores y Generadorees de Corriente Continua

25

magnético del rotor y del imán permanente, para completar el circuito

magnético.

Page 25: Motores y Generadorees de Corriente Continua

26

• IMÁN PERMANENTE: Compuesto de material ferromagnético altamente

remanente, se encuentra fijado al armazón o carcaza 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.

• Escobillas: Las escobillas están fabricadas se carbón, y poseen una

dureza menor que la del colector, para evitar que éste se desgaste

rápidamente. Se encuentran albergadas por los portaescobillas. Ambos,

escobillas y portaescobillas, se encuentran en una de las tapas del estator.

La función de las escobillas es transmitir la tensión y corriente de la fuente de

alimentación hacia el colector y, por consiguiente, al bobinado del rotor.

La función del portaescobillas es mantener a las escobillas en su posición de

contacto firme con los segmentos del colector. Esta función la realiza por

medio de resortes, los cuales hacen una presión moderada sobre las

escobillas contra el colector. Esta presión debe mantenerse en un nivel

intermedio pues, de ser excesiva, la fricción desgastaría tanto a las escobillas

como al colector; por otro lado, de ser mínima esta presión, se produciría lo

que se denomina "chisporroteo", que es cuando aparecen chispas entre las

superficies del colector y las escobillas, debido a que no existe un buen

contacto.

Page 26: Motores y Generadorees de Corriente Continua

27

Veamos en la siguiente figura como está constituido un estator:

TABLA DE ESTRUCTURA

La siguiente tabla muestra la distribución de las piezas del

motor:

Page 27: Motores y Generadorees de Corriente Continua

28

Como ya lo dijimos, los motores eléctricos de corriente continua son

de gran facilidad para la regulación de velocidad, cambios o

inversiones rápidas de la marcha, y sin necesidad de equipos

costosos es posible efectuar control automático de torques y

velocidades.

Page 28: Motores y Generadorees de Corriente Continua

29

Por las ventajas descritas anteriormente se utilizan primordialmente en

industrias Papeleras, Textileras, Químicas, Siderúrgicas y Metalúrgicas. En

estos motores, el estator está formado por polos principales y auxiliares

excitados por corriente continua, así mismo el rotor se alimenta con

corriente continua mediante el colector de delgas y las escobillas.

2.1 TIPOS DE MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE

CONTINUA

Los motores de corriente continua se clasifican de acuerdo al tipo de bobinado

del campo como motores en derivación, en Serie, Shunt, Shunt estabilizado, o

Compuesto (Compound). Sin embargo algunos de ellos pueden ser auto

excitados o de excitación separada o pueden tener campos de imán

permanente.

Ellos muestran curvas muy diferentes de torque-velocidad y se conectan en

diferentes configuraciones para diferentes aplicaciones. Algunos motores de

corriente continua utilizan imán permanente como campo principal,

especialmente los de potencia (HP) fraccionada (1/4,1/2,3/4) y baja potencia.

Los motores de imán permanente tienen la ventaja de no requerir una fuente

de potencia para el campo, pero tienen la desventaja de ser susceptibles a la

desmagnetización por cargas de choque eléctricas o mecánicas. Los

campos de imán permanente no se

Page 29: Motores y Generadorees de Corriente Continua

30

pueden ajustar para entonar el motor para ajustarse a la aplicación, como

pueden los de campo bobinado.

Veamos las características principales de la clasificación de los motores de

corriente continua:

• EN DERIVACIÓN

El estator se alimenta con la misma tensión que el inducido. En los motores

en derivación, el flujo por polo es prácticamente constante, y considerando

que el par del motor es proporcional a la corriente y que la velocidad

disminuye linealmente al aumentar esta, se tiene un motor en el que la

velocidad varia muy poco cuando varía el par, por lo cual se utilizan en casos

donde la velocidad debe ser lo más independiente posible de la carga.

Los motores con excitación independiente son prácticamente

iguales a los anteriores.

• INDEPENDIENTE

El estator y el inducido se alimentan con fuentes separadas o

independientes.

Page 30: Motores y Generadorees de Corriente Continua

31

• MOTOR EN SERIE

El estator y el inducido se conectan de modo tal que por ellos circule

la misma corriente. En un motor serie, el flujo del campo es una función de

la corriente de la carga y de la curva de saturación del motor. A medida que

la corriente de la carga disminuye desde plena carga, el flujo disminuye y

la velocidad aumenta. Para cada motor serie, hay una mínima carga segura

determinada por la máxima velocidad de operación segura. En los

motores serie, la corriente del inducido atraviesa los polos y como el flujo

producido en un polo depende de la corriente, el flujo será variable. El

comportamiento típico de este motor es el siguiente:

• El par del motor crece al principio en forma cuadrática, más adelante,

crece en forma lineal.

• La velocidad disminuye más que proporcionalmente al crecer la

intensidad.

Por lo cual, se tiene un par muy elevado a velocidades pequeñas

(arranque) y velocidades muy grandes con pares muy pequeños.

Este tipo de motores no puede funcionar en vacío puesto que en estas

condiciones el flujo es muy pequeño y según la velocidad aumenta

produciéndose un embalamiento. No pueden usarse en aplicaciones

donde la carga pueda faltar ocasionalmente. Suelen utilizarse para tracción

eléctrica, grúas, etc.

Page 31: Motores y Generadorees de Corriente Continua

32

• MOTORES COMPOUND O COMPUESTOS

Es una combinación de las conexiones en serie y en derivación. Los motores

compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo

shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre

grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de

armadura.

El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de

armadura varia, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se

conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt.

Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se

denominan como compound acumulativo.

Esto provee una característica de velocidad la cual no es tan “dura” o plana

como la del motor shunt, no tan “suave” como un motor serie. Un motor

compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo, la debilitación

del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor

sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces

utilizados donde se requiera una respuesta estable de torque constante a

través de un amplio rango de velocidad. Los compuestos tienen

características intermedias a los motores en serie y derivación. Presentan

elevados pares de arranque y no tienen velocidades tan altas a bajas cargas.

Page 32: Motores y Generadorees de Corriente Continua

33

• MOTOR SHUNT

En un motor shunt, el flujo es constante si la fuente de poder del campo es

fija. Asuma que el voltaje de armadura Et es constante. A medida que la

corriente de la carga disminuye desde plena carga a sin carga, la velocidad

debe aumentar proporcionalmente de manera que la fuerza contra

electromotriz Ec aumentará para mantener la ecuación en balance. A voltaje

nominal y campo completo, la velocidad del motor shunt aumentará 5% a

medida que la corriente de carga disminuya de plena carga a sin carga. La

reacción de armadura evita que el flujo de campo permanezca absolutamente

constante con los cambios en la corriente de la carga. La reacción de

armadura, por lo tanto causa un ligero debilitamiento del flujo a medida que la

corriente aumenta. Esto tiende a aumentar la velocidad del motor. Esto se

llama “inestabilidad” y el motor se dice que está inestable.

• MOTOR SHUNT ESTABILIZADO

Para vencer la potencial inestabilidad de un motor recto shunt y reducir la

“caída” de velocidad de un motor compound, un ligero devanado serie es

arrollado sobre el devanado shunt. El flujo del devanado serie aumenta con la

corriente de carga y produce un motor estable con una característica de

caída de velocidad para todas las cargas.

Page 33: Motores y Generadorees de Corriente Continua

34

El devanado serie es llamado un campo estabilizador o “stab” y el motor un

motor shunt estabilizado. La regulación de velocidad de un motor shunt

estabilizado es típicamente menor al 15%.

La mayoría de los motores Reliance Super RPM y RPM III son shunt

estabilizados. Cuando el campo shunt del motor es debilitado para aumentar

la velocidad a un nivel de operación mas alto, el flujo del devanado serie llega

a ser un porcentaje mayor del flujo total, de manera que a medida que la

corriente aumenta, la caída de velocidad es un porcentaje mayor que antes.

En aplicaciones donde la instabilidad resultante pudiera afectar seriamente el

funcionamiento de la maquina (movida por el motor), el campo serie puede

desconectarse. En aplicaciones donde los efectos de estabilidad nos son

críticos, como en un frenado regenerativo, el campo serie puede utilizarse

para mejorar el rendimiento que el provee.

Cuando el campo serie no se conecta, el fabricante del control debe asegurar

que la máxima velocidad segura del motor no es excedida y debe reconocer

la perdida de torque que resulta de la operación del motor shunt estabilizado

sin el devanado serie.

En la figura que a continuación se presenta, se muestran las conexiones de

los distintos tipos de motores de corriente continua, conectados a la misma

red de alimentación eléctrica.

Page 34: Motores y Generadorees de Corriente Continua

35

DIAGRAMA DE CONEXIÓN PARA LOS DISTINTOS TIPOS DE

CONFIGURACIÓN DE MOTORES ELÉCRICOS ALIMENTADOS

CON CORRIENTE CONTINUA.

Page 35: Motores y Generadorees de Corriente Continua

36

2.2 GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

Los generadores de corriente continua son máquinas que transforman la

energía mecánica en energía eléctrica. Su funcionamiento se reduce

siempre al principio de la bobina giratorio dentro de un campo magnético.

Si una armadura gira entre dos polos magnéticos fijos, la corriente en la

armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolución, y en

el otro sentido durante la otra mitad.

Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente

continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio

para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada

revolución.

En las máquinas antiguas esta inversión se llevaba a cabo mediante un

conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una

armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban entre sí y servían como

bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón se mantenían

en contacto con el conmutador, que al girar conectaba eléctricamente la

bobina a los cables externos.

Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma

alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posición en el

momento en el que la corriente invertía su sentido dentro de la bobina de

la armadura. Así se producía un flujo de

corriente de un sentido en el circuito exterior al que el generador

Page 36: Motores y Generadorees de Corriente Continua

37

estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan

normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se

producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial

más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500

voltios. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza

usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de

diodo.

Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de

tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas

agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura

y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si

una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se

produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo

magnético a través del cual se esté moviendo el circuito. Un conmutador

de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre

el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de

alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran

las bobinas de la armadura es prácticamente constante.

Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o más

polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del

campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más

pequeños para compensar las distorsiones que

Page 37: Motores y Generadorees de Corriente Continua

38

causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo.

El campo inductor de un generador se puede obtener mediante un imán

permanente (magneto) o por medio de un electroimán (dinamo). En este

último caso, el electroimán se excita por una corriente independiente o

por autoexcitación, es decir, la propia corriente producida en la dinamo

sirve para crear el campo magnético en las bobinas del inductor. Existen

tres tipos de dinamo según sea la forma en que estén acoplados el inductor

y el inducido: en serie, en derivación y en combinación.

Los generadores de corriente continua se clasifican según el método que

usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo.

Un generador de excitado en serie tiene su campo en serie respecto a la

armadura. Un generador de excitado en derivación, tiene su campo

conectado en paralelo a la armadura.

Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos

conectados en serie y parte en paralelo. Los dos últimos tipos de

generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente

constante, bajo cargas eléctricas variables. El de excitado en serie se

usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable.

Un magneto es un generador pequeño de corriente continua con un campo

magnético permanente.

Page 38: Motores y Generadorees de Corriente Continua

39

*APARTADO ESPECIAL: LA DÍNAMO

La dinamo fue el primer generador eléctrico apto para uso industrial. Emplea

principios electromagnéticos para convertir la energía de rotación mecánica

en corriente continua. El primer dinamo, basado en los principios de Faraday,

fue construido en 1832 por el fabricante francés de herramientas Hipólito

Pixii. Empleaba un imán permanente que giraba por medio de una manivela.

Este imán estaba colocado de forma que sus polos norte y sur pasaban al

girar junto a un núcleo de hierro con un cable eléctrico enrollado (como un

núcleo y una bobina). Pixii descubrió que el imán giratorio producía un pulso

de corriente en el cable cada vez que uno de los polos pasaba junto a la

bobina; cada polo inducía una corriente en sentido contrario, esto es, una

corriente alterna. Añadiendo al esquema un conmutador eléctrico situado en

el mismo eje de giro del imán, Pixii convirtió la corriente alterna en corriente

continua.

Uno de los principales usos de la dinamo es la utilización de la energía eólica,

de esta forma el viento hace rotar las aspas conectadas al eje del dinamo,

produciendo electricidad y aprovechando esta fuente de energía inagotable.

Uno de los usos más corrientes que se le dio a la dinamo fue el de generador

de energía eléctrica para el automóvil. A medida que, desde principios del

siglo XX, los automóviles se iban haciendo más complejos, se demostró que

los sistemas de generación de energía eléctrica con los que se contaba no

eran lo suficientemente potentes para las necesidades del vehículo. Esta

circunstancia favoreció la implantación paulatina de la dinamo en el mismo.

Page 39: Motores y Generadorees de Corriente Continua

40

Aunque se trataba de un elemento que proporcionaba la energía necesaria

con relativamente poco peso, presentaba ciertos problemas. El más

importante era que la velocidad de rotación que se le suministraba nunca era

constante (las revoluciones del motor están continuamente variando) con lo

cual tenía que ser capaz de suministrar la misma corriente en ralentí

(movimiento lento) que cuando el motor estaba a pleno rendimiento.

Esto se solucionó con los reguladores que, aunque son sencillos en su diseño,

requieren de un reglaje muy delicado. Estos dispositivos debían ser capaces

de regular el voltaje y la intensidad. Además debería evitar que la dinamo

funcionara como un motor eléctrico cuando el vehículo estuviera al ralentí, que

es cuando prácticamente no produce energía, para que el flujo de corriente no

se invirtiera.

Dado que las dinamos tienen un diseño muy parecido al de los motores

eléctricos, en el automóvil llegaban a funcionar como tales cuando se invertía

el flujo de corriente al ser mayor el potencial que suministraba la batería que

el potencial que suministraba la dinamo.

Page 40: Motores y Generadorees de Corriente Continua

41

3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR.

EL EXPERIMENTO DE FARADAY: Durante 1831 y 1832, Michael

Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose

perpendicularmente a un campo magnético generaba una diferencia de

potencial.

Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco

de Faraday, un generador homopolar, empleando un disco de cobre que

giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, generándose

una pequeña corriente continua.

También fue utilizado como generador de energía en una bicicleta para

producir luz de poca intensidad.

Page 41: Motores y Generadorees de Corriente Continua

42

Haciendo girar una espira en un campo

magnético se produce una f.e.m. inducida

en sus conductores. La tensión obtenida

en el exterior a través de un anillo

colector y una escobilla en cada

extremo de la espira tiene carácter

senoidal.

Conectando los extremos de la espira a

unos semianillos conductores aislados

entre sí, conseguiremos que cada

escobilla esté siempre en contacto con

la parte de inducido que presenta una

determinada polaridad.

Page 42: Motores y Generadorees de Corriente Continua

43

Durante un semiperiodo se obtiene la misma tensión alterna pero, en el

semiperiodo siguiente, se invierte la conexión convirtiendo el semiciclo

negativo en positivo.

Page 43: Motores y Generadorees de Corriente Continua

44

4. TIPOS DE GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA.

A. GENERADOR DE EXCITACIÓN EN SERIE

El devanado inductor se conecta en serie con el inducido, de tal

forma que toda la corriente que el generador suministra a la carga

fluye por igual por ambos devanados.

Dado que la corriente que atraviesa al devanado inductor es elevada,

se construye con pocas espiras de gran sección.

Tiene el inconveniente de no excitarse al trabajar en vacío. Así

mismo se muestra muy inestable por aumentar la tensión en bornes al

hacerlo la carga, por lo que resulta poco útil para la generación de

energía eléctrica.

Para la puesta en marcha es necesario que el circuito exterior esté

cerrado.

Page 44: Motores y Generadorees de Corriente Continua

45

Page 45: Motores y Generadorees de Corriente Continua

46

ESQUEMA DE UN GENERADOR DE EXCITACIÓN EN SERIE

A partir de una tensión máxima, el aumento de intensidad hace decrecer

la tensión en bornes. Ello es debido a que la reacción de inducido empieza

a ser importante, las caídas de tensión van aumentando y, sobre todo, los

polos inductores se van saturando con lo que el flujo no crece en la

misma proporción que la intensidad.

A partir de una tensión máxima, el aumento de intensidad hace decrecer

la tensión en bornes. Ello es debido a que la reacción de inducido empieza

a ser importante, las caídas de tensión van aumentando y, sobre todo, los

polos inductores se van saturando con lo que el flujo no crece en la

misma proporción que la intensidad.

Como en el resto de las máquinas autoexcitadas, se necesita un cierto

magnetismo remanente que permita la creación de corriente en el inducido

al ponerse en movimiento los conductores.

Page 46: Motores y Generadorees de Corriente Continua

47

El sentido de giro de la máquina siempre ha de ser tal que el campo

creado refuerce al del magnetismo remanente, de lo contrario, lo

anularía y la dinamo no funcionará.

B. GENERADOR DE EXCITACIÓN COMPUESTA (COMPOUND).

En el generador con excitación mixta o compuesta el circuito inductor

se divide en dos partes independientes, conectando una en serie con el

inducido y otra en derivación.

Existen dos modalidades, la compuesta corta que pone el devanado

derivación directamente en paralelo con el inducido (EAC) y la

compuesta larga que lo pone en paralelo con el grupo formado por el

inducido en serie con el otro devanado (FC).

Page 47: Motores y Generadorees de Corriente Continua

48

El devanado serie aporta solamente una pequeña parte del flujo y se

puede conectar de forma que su flujo de sume al flujo creado por el

devanado paralelo (aditiva) o de forma que su flujo disminuya el flujo del

otro devanado (diferencial).

Page 48: Motores y Generadorees de Corriente Continua

49

Así mismo, en función del número de espiras del devanado serie su

aportación de flujo será mayor o menor, dando lugar a los tipos:

hipercompuesta, normal, hipocompuesta y diferencial.

Gracias a la combinación de los efectos serie y derivación en la

excitación de la dinamo se consigue que la tensión que suministra el

generador a la carga sea mucho más estable para cualquier régimen de

carga.

La gran estabilidad conseguida en la tensión por éstos generadores o

dinamos los convierte, en la práctica, en las más utilizadas para la generación

de energía.

A medida que aumenta la intensidad de consumo, la excitación en paralelo

disminuye, pero la excitación en serie aumenta. De este modo puede

conseguirse una tensión de salida prácticamente constante a cualquier

carga.

Page 49: Motores y Generadorees de Corriente Continua

50

C. GENERADOR EN DERIVACIÓN O DE EXCITACIÓN

EN PARALELO ( SHUNT )

Siendo la dinamo o generador shunt una máquina autoexcitada,

empezará a desarrollar su voltaje partiendo del magnetismo residual tan

pronto como el inducido empiece a girar. Después a medida que el inducido

va desarrollando voltaje este envía corriente a través del inductor aumentando

él número de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta su valor normal.

Puesto que circuito inductor y el circuito de la carga están ambos

conectados a través de los terminales de la dinamo, cualquier corriente

engendrada en el inducido tiene que dividiese entre esas dos trayectorias

en proporción inversa a sus resistencias y, puesto que la parte de la

corriente pasa por el circuito inductor es relativamente elevada, la mayor

parte de la corriente pasa por el circuito de la carga, impidiendo así el

aumento de la intensidad del campo magnético esencial para producir el

voltaje normal entre los terminales.

El voltaje de una dinamo shunt variara en razón inversa de la carga, por la

razón mencionada en el párrafo anterior. El aumento de la carga hace que

aumente la caída de voltaje en el circuito de inducción, reduciendo así el

voltaje aplicado al inductor, esto reduce la intensidad del campo magnético y

por con siguiente, el voltaje del generador. Si se aumenta bruscamente la

carga aplicada a una

dinamo shunt la caída de voltaje puede ser bastante apreciable;

Page 50: Motores y Generadorees de Corriente Continua

51

mientras que si se suprime casi por entero la carga, la regulación de voltaje

de una dinamo shunt es muy defectuosa debido a que su regulación no es

inherente ni mantiene su voltaje constante.

Estos generadores se adaptan bien a trabajos fuertes, pero pueden

emplearse para el alumbrado por medio de lámparas incandescentes o

para alimentar otros aparatos de potencia constante en los que las

variaciones de carga no sean demasiado pronunciadas.

La dinamo shunt funciona con dificultad en paralelo por que no se reparte por

igual la carga entre ellas.

D. GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

En este tipo de generador, la tensión en los bornes es casi independiente

de la carga de la máquina y de su velocidad, ya que la tensión se puede

regular por medio del reóstato de campo, aunque naturalmente, dentro de

ciertos límites, porque la excitación del campo inductor no puede aumentar

más allá de lo que permite la saturación.

En la siguiente figura se representa el esquema de conexiones completo

de un generador de corriente continua con excitación independiente; se

supone que el sentido de giro de la máquina es a derechas lo que, por otro

lado, es el que corresponde a casi todas las máquinas motrices.

Page 51: Motores y Generadorees de Corriente Continua

52

Si hubiere que cambiar el sentido de giro, bastará con cambiar, las

conexiones del circuito principal.

Esquema de conexiones de un generador con excitación

independiente

Page 52: Motores y Generadorees de Corriente Continua

53

5. APLICACIONES Y SELECCIÓN DE MOTORES

Y GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA.

MOTORES

Los motores de corriente continua en derivación son adecuados para

aplicaciones en donde se necesita velocidad constante a cualquier ajuste del

control o en los casos en que es necesario un rango apreciable de

velocidades (por medio del control del campo).

El motor en derivación se utiliza en aplicaciones de velocidad

constante, como en los accionamientos para los generadores de corriente

continua en los grupos motogeneradores de corriente directa. El motor

devanado en serie se usa en aplicaciones en las que se requiere un alto par

de arranque, como en la tracción eléctrica, grúas, malacates, etcétera. En los

motores en compound, la caída de la característica velocidad-par se puede

ajustar para que se adecue a la carga.

En aplicaciones en las que tradicionalmente se emplean motores en

compound, podría considerarse el motor PM en los casos en que se necesiten

una eficiencia un poco más alta y una mayor capacidad de sobrecarga. En las

aplicaciones de motores devanados en serie, la consideración del costo

puede influir en la decisión de hacer el cambio. Por ejemplo, en tamaños

de armazón menores de 5 pulgadas de diámetro, el motor devanado en

serie es más económico; pero en tamaños de más de 5 pulgadas, este

motor cuesta más en volúmenes grandes, y el motor PM en estos tamaños

Page 53: Motores y Generadorees de Corriente Continua

47

más grandes desafía al motor devanado en serie con sus pares altos y

su baja velocidad en vacío.

Los motores de excitación independiente tienen como aplicaciones

industriales el torneado y taladrado de materiales, trefilación, extrusión de

materiales plásticos y goma, ventilación de horno, retroceso rápido en vacío

de ganchos de grúas, desenrollado de bobinas y retroceso de útiles para

serrar. Los motores de excitación en derivación tienen aplicaciones como

ventiladores, bombas, máquinas. Herramientas además de los citados

para el motor de excitación independiente. Entre las aplicaciones del motor

serie cabe destacar tracción eléctrica, grúas, bombas hidráulicas de pistón y

en general en aquellos procesos donde lo importante sea vencer un par de

gran precisión en la velocidad. El mayor uso del motor compound aditivo es

en estrujadoras, grúas tracción, calandras, ventiladores, prensas, limadores,

etcétera. El motor compound diferencial presenta el peligro de embalarse

para fuertes cargas, por lo que su empleo es muy limitado.

Los motores de imán permanente se emplean para el movimiento de

maquinaria (tornos) en procesos de fabricación automática, arrastres de

cintas de audio y video, movimiento de cámaras, etc.

Para la elección de un motor eléctrico de corriente continua se toma en cuenta

lo siguiente:

Page 54: Motores y Generadorees de Corriente Continua

48

GENERADORES

El papel más importante que desempeña el generador de corriente continua

es alimentar de electricidad al motor de corriente continua. En esencia

produce corriente libre de rizo y un voltaje fijo de manera muy precisa a

cualquier valor deseado desde cero hasta la máxima nominal; ésta es en

realidad corriente eléctrica de corriente continua que permite la mejor

conmutación posible en el motor, porque carece de la forma de las ondas

bruscas de energía de corriente continua de los rectificadores. El

generador tiene una respuesta excelente y es particularmente apropiado

para el control preciso de salida por reguladores de retroalimentación de

control además de estar bien adaptado para producir corriente de

excitación de respuesta y controlada en forma precisa tanto ara

máquinas de corriente alterna como para máquinas de corriente continua.

El campo de aplicación del generador con excitación independiente, es

general, siempre que se disponga de una línea independiente de corriente

continua. Sin embargo, debe hacerse la advertencia de que estas

máquinas “nunca deben trabajar en cortocircuito”, pues existe el peligro de

quemarlas; esto procede, según puede comprenderse fácilmente de la

independencia entre el circuito inducido y el circuito de excitación.

Básicamente, los generadores con excitación independiente tienen, dos

aplicaciones típicas: una, como amplificador-multiplicador; y la otra, como

tacómetro.

Los generadores con excitación serie ya no se emplean en las centrales.

Se emplearon hace ya algún tiempo para la alimentación

Page 55: Motores y Generadorees de Corriente Continua

49

de grandes circuitos de lámparas de arco, pero estas lámparas han sido

sustituidas por otros tipos más modernos, como por ejemplo, las lámparas

de xenón. Los generadores con excitación en serie tienen aplicación en

aquellas actividades en las que se precise una intensidad prácticamente

constante, como puede ser en equipos de soldaduras y en determinados

sistemas de alumbrados.

Los generadores compound, tienen aplicación en las centrales para tracción

eléctrica que precisan de una tensión constante y en todos aquellos casos

en que se haya de contar con variaciones bruscas de carga, como sucede

en los talleres con grúas de gran potencia, laminadores, etcétera;

suponiendo que no se disponga de sistemas compensadores, y que se desee

la mayor constancia posible para la tensión en las barras colectoras. También

puede emplearse en pequeñas instalaciones que precisen de tensión

constante, sustituyendo al generador shunt, para evitar una vigilancia

continua a causa de las variaciones de carga; sin embargo, hay que tener en

cuenta que, en este caso, la autorregulación no es perfecta por lo que, en

instalaciones de mayor importancia en que se desee una tensión constante

sin vigilancia, debe sustituirse el generador compound por otros

procedimientos.

Los generadores con excitación mixta (compound) son utilizados en el

sistema de generación de energía eléctrica de corriente continua en aviones

polimotores, en los que existe un generador para cada motor y se realiza un

acoplamiento en paralelo de los mismos para atender a toda la energía

eléctrica necesaria.

Page 56: Motores y Generadorees de Corriente Continua

50

6. PARTICULARIDADES

6.1 ARRANQUE DE MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA

Los motores de corriente directa de pequeña capacidad se pueden arrancar

al conectar directamente el motor al voltaje de línea. Los motores con

capacidad nominal de 2 caballos de fuerza o más en general requieren un

arrancador con voltaje reducido. El voltaje reducido para el arrancador se

obtiene al emplear resistencias en serie con la armadura del motor, o bien,

al hacer variar el voltaje de alimentación a la armadura. Se puede usar

control manual o magnético.

Los motores de corriente continua en accionamientos de voltaje ajustable

y velocidad ajustable se arrancan al hacer girar el control de la velocidad

hacia arriba, desde cero hasta la velocidad deseada, o bien, mediante

circuitos internos que elevan paulatinamente el voltaje de la armadura

hasta el valor deseado. No se requiere equipo de arranque que no sea el

rectificador o generador de voltaje de la armadura.

6.2 CONTROLADORES MAGNÉTICOS PARA GRANDES MOTORES

DE CORRIENTE DIRECTA.

Estos controladores se fabrican con formas que se ajusten a la

aplicación- Los controladores se encuentran en las formas siguientes:

Page 57: Motores y Generadorees de Corriente Continua

2

51

1. Sin cambio de marcha, sin frenado dinámico y con éste.

2. Sin cambio de marcha, con regulación de la velocidad por control del

campo, sin frenado dinámico y con éste.

3. Con inversión de marcha y con frenado dinámico, sin regulación de la

velocidad por control del campo y con esta regulación.

6.3 SISTEMAS UTILIZADOS PARA LA REGULACIÓN DE LA

VELOCIDAD EN LOS MOTORES

CONTROL REOSTÁTICO EN EL CIRCUITO INDUCTOR

Según la expresión de la velocidad, ésta puede variar en razón inversa

al flujo, de forma que otro procedimiento de regular la velocidad de un motor

es variando la corriente de excitación.

La variación de corriente de excitación se logra intercalando un reóstato

en serie con el devanado de campo en el motor derivación, y en paralelo en el

motor serie.

Este sistema de regulación presenta las ventajas de sencillez de

realización y de reducido consumo, ya que las pérdidas por efecto Joule

son:

Pj Rr Iex

Page 58: Motores y Generadorees de Corriente Continua

52

En el motor existe una derivación muy reducida la corriente Iex, y en el

motor serie, mínima la resistencia desviadora Rr.

Sin embargo, este sistema no es muy utilizado, por ofrecer una gama

de control de velocidad reducida (de 1 a 2,5). Este inconveniente surge,

tanto al disminuir la velocidad, por la limitación de la saturación del circuito

magnético, como en el aumento, por el excesivo valor de corriente y la

consiguiente reacción de inducido.

REGULACIÓN POR ACOPLAMIENTO DE MOTORES

Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios

motores como ocurre en tracción eléctrica.

Así, una locomotora que dispone de seis motores serie emplea las

conexiones siguientes:

Serie: En la que permanecen los 6 motores acoplados en serie, por lo

que a cada motor se aplicará 1/6 de la tensión de red, y los motores

girarán a la velocidad más reducida.

Serie-paralelo: Formada por dos ramas de 3 motores en serie, y éstas a

su vez en paralelo. La tensión aplicada a cada motor será de 1/3 de la

tensión de red, por lo que el motor girará a mayor velocidad que en el

caso anterior.

Paralelo: Formada por 3 ramas de 2 motores en serie. y éstas a

Page 59: Motores y Generadorees de Corriente Continua

53

su vez en paralelo. La tensión que se aplica a cada motor es 1/2

Page 60: Motores y Generadorees de Corriente Continua

54

de la tensión de red.

6.4 LA REGULACIÓN DEL VOLTAJE DE UN GENERADOR DE

CORRIENTE DIRECTA.

Esta regulación es la razón de la diferencia entre el voltaje sin carga y

aquella a plena carga al voltaje a carga nominal. La característica es

normalmente una reducción a medida que la carga aumenta, pero se puede

elevar debido a los efectos de campo en serie o a la acción de corrientes

circulantes de comunicación a operación a muy bajo voltaje.

Para un generador de cd, la ecuación de voltaje terminal es:

TV = E – IR (K ( t) (r/min) – IR)

En donde E es la Fem. Inducida, IR es la caída de circuito de

armadura, K es una constante que depende del diseño de la máquina

y t es el flujo total de polo principal del generador.

Las curvas de regulación se calculan fácilmente mediante el uso de las

curvas de saturación sin carga y plena carga. El efecto del método de

excitación se encuentra si se usa la línea del campo e IR de reóstato para

máquinas autoexcitadas y por línea de ampere- vueltas constantes para

excitación separada.

Page 61: Motores y Generadorees de Corriente Continua

55

7. FALLAS EN MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE

CONTINUA

7.1 FALLAS EN LOS MOTORES

Se define a falla eléctrica como "cualquier evento que impide la normal

operación (disponibilidad) de algún equipo, esquema o componente de

control y protección". Esta amplia definición permite el registro de eventos,

aún cuando el equipo afectado no se encuentre plenamente inoperativo,

situación muy frecuente en el campo del control y protección de

Sistemas Eléctricos. Por otra parte, se define Atención Correctiva como

“un procedimiento preestablecido y destinado a retornar a su estado normal

de operación (definido o provisorio) al objeto afectado por la falla”.

Existen diferentes enfoques para analizar y evaluar el impacto de las fallas

sobre los equipos del sistema eléctrico de las Industrias, en general

basadas en la evaluación de la potencia o energía perdida con ocasión de

cada falla. En este sentido las fallas en un motor eléctrico pueden ser

originadas por:

• Fallas en los Sistemas de Protección y Control.

• Fallas originadas en la operación

• Fallas debidas a la no Calidad de la Potencia

Page 62: Motores y Generadorees de Corriente Continua

56

FALLAS EN LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN

Y CONTROL

Aunque existan fallas relacionadas con la operación de los equipos y la no

calidad de la energía, es el sistema de protección y control quién finalmente

realiza una acción determinada. La particular naturaleza de los trabajos del

área responsable de los Sistema de Protección y Control, hacen que el

enfoque relacionado con la pérdida de potencia no sea adecuado por

cuanto muchas de las fallas que afectan a tales equipos no llegan a producir

interrupción.

FALLAS ORIGINADAS EN LA OPERACIÓN

A este grupo corresponde las fallas asociadas a los incrementos de

temperatura en equipos, y problemas de vibración mecánica. En el primer

caso, la sobrecarga de los motores y conductores son consecuentes a la

circulación de corrientes elevadas que originan, a su ves, pérdidas de

energía, ineficiencias en los procesos, extra costos en la operación y

mantenimiento, calentamiento excesivo de las partes, e incluso, hasta la

misma destrucción del equipo si los sistemas de control y protección no

son los adecuados. En este caso, la calidad de la energía se ve seriamente

afectada puesto que las sobrecorrientes originan caídas de tensión

considerables.

Para contrarrestar las fallas eléctricas por incrementos de temperatura es

indispensable realizar, entre otros, una limpieza periódica de las partes del

motor y los conductores, chequeos a los

Page 63: Motores y Generadorees de Corriente Continua

57

sistemas de protección, y pruebas termográficas en barrajes,

conductores, carcasas, puntos de conexión y aislamientos térmicos. Con

respecto a las vibraciones mecánicas, son el resultado de fuerzas

magnéticas desiguales que actúan sobre el rotor o sobre el estator. Dichas

fuerzas desiguales pueden ser debidas a:

• Rotor que no es redondo.

• Chumaceras del inducido que son excéntricas.

• Falta de alineamiento entre el rotor y el estator.

• Entrehierro no uniforme.

• Perforación elíptica del estator.

• Devanados abiertos o en corto circuito.

• Hierro del rotor en corto circuito.

Las vibraciones ocasionadas por los problemas eléctricos responden

generalmente a la cantidad de carga colocada en el motor. A medida que

se modifica la carga, la amplitud y/o las lecturas de fase pueden indicar

cambios significativos. Esto explica por qué los motores eléctricos que han

sido probados y balanceados en condiciones sin carga muestran cambios

drásticos de los niveles de vibración cuando vuelven a ser puestos en servicio.

Page 64: Motores y Generadorees de Corriente Continua

58

Un caso particular de vibraciones mecánicas lo constituyen las poleas

desgastadas y bandas destempladas en accionamientos mecánicos, cuyo

efecto en motores es la presencia de desbalances de corriente, que a su vez,

originan desbalances de tensión (pérdida de la calidad de la potencia).

FALLAS DEBIDAS A LA NO CALIDAD DE LA POTENCIA

Los problemas relacionados con la calidad de potencia están muy ligados a

una amplia gama de fenómenos. Aproximadamente en dos tercios de los

casos se trata de fenómenos naturales, como los rayos. Otras causas de

la pérdida de la calidad de energía la constituyen la operación de equipos de

gran potencia en la industria o en la red misma (por ejemplo, la conexión de

condensadores) y, en general, una variedad de fenómenos que pueden

llegar a producir caídas súbitas de tensión a nivel del consumidor y que

hacen muy compleja la evaluación de la calidad de potencia. Las

perturbaciones que generalmente afectan la calidad de la potencia se

clasifican en las siguientes categorías:

• Fluctuaciones de voltaje.

• Variaciones momentáneas de alto y bajo voltaje.

• Interrupción permanente en equipos y/o en procesos.

• Armónicos.

Page 65: Motores y Generadorees de Corriente Continua

59

• Transitorios

7.2 FALLAS EN LOS GENERADORES

CONMUTACIÓN DEFICIENTE: El chisporroteo y las quemaduras de barras

se deben por lo general a una o más de las siguientes causas:

a) Los carbones no están en la posición correcta.

b) SEPARACIÓN INCORRECTA DE LOS CARBONES: Esto puede

comprobarse al marcar una cinta de máquina sumadora alrededor del

conmutador.

c) MICA QUE SOBRESALE DEL BORDE DE BARRA: La mica entre

barras debe cortarse al sesgo como 0.063 in debajo de la superficie

de conmutación, pero en ocasiones se dejan por descuido astillas de

mica a lo largo de la barra.

d) CONMUTADOR ÁSPERO O QUEMADO: El conmutador debe ser

esmerilado según el manual de instrucciones del fabricante.

e) CONMUTADOR RANURADO: Esto puede evitarse si se alternan

debidamente los juegos de carbones, de modo que

Page 66: Motores y Generadorees de Corriente Continua

60

los espacios entre los carbones de un brazo queden cubiertos por

carbones de la misma polaridad de otros brazos.

f) CONTACTO DEFICIENTE DE CARBONES DEBIDO A AJUSTE

INCORRECTO DE LOS CARBONES A LA SUPERFICIE DEL

CONMUTADOR: Para asentar los carbones, pásese papel de lija

entre el conmutador y la cara del carbón; no debe usarse lija esmeril

porque su abrasivo es conductor.

g) Carbones gastados y sustituidos por otros de tamaño o grado

diferente.

h) Carbones que se pegan, que no se mueven libremente en sus

portacarbones de modo que puedan seguir las irregularidades del

conmutador.

i) CREPITACIÓN DE LOS CARBONES: Por lo general esto se debe a

la operación con densidades de corriente debajo de 35 A/in2 y debe

ser corregida levantando los carbones para elevar la densidad o

usando un grado especial de carbones.

j) VIBRACIÓN: Esto puede deberse a alineación defectuosa,

cimentación inadecuada o balanceo deficiente del rotor.

k) VUELTAS EN CORTOCIRCUITO EN LOS CAMPOS DE

CONMUTACIÓN O DE COMPENSACIÓN: pueden ser obvias en una

inspección pero por lo general deben encontrarse al

Page 67: Motores y Generadorees de Corriente Continua

61

pasar una corriente alterna por ella para comparar caídas de voltaje.

l) UNIONES ABIERTAS O DE MUY ALTA RESISTENCIA ENTRE EL

CUELLO DEL CONMUTADOR Y LOS HILOS DE BOBINA: En este

caso, por lo general se quema la barra y la junta mala.

m)UNA BOBINA ABIERTA DE ARMADURA: Un conductor de bobina

roto produce un efecto similar al de las uniones defectuosas descritas

en l. Para operación de emergencia, la bobina abierta puede ser

abierta en ambos extremos, aislada del circuito y puesto un cable

en las terminales de los dos cuellos afectados. Como es probable

que se produzcan algunas chispas, la operación debe ser limitada.

n) BOBINAS DE CAMPO PRINCIPAL EN CORTOCIRCUITO: Con los

resultantes flujos desbalanceados de entrehierro bajo los polos, deben

esperarse grandes corrientes circulantes incluso con buenas

conexiones cruzadas de armadura. La bobina causante puede

encontrarse al comparar caídas de voltaje en las bobinas

individuales.

o) Bobina de campo principal invertida.

p) Sobrecarga.

Page 68: Motores y Generadorees de Corriente Continua

62

8. MANTENIMIENTO Y PRUEBAS DE MOTORES

Y GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

Las inspecciones, las lubricaciones y la limpieza periódica y sistemática

hacen parte de un necesario programa de mantenimiento preventivo de las

máquinas eléctricas, todo ello con el fin de evitar daños y paradas

innecesarias en el trabajo.

La ubicación de las máquinas eléctricas va desde lugares en donde no hay

polvo, suciedad ni humedad, hasta sitios donde se encuentra toda clase de

suciedad. Por eso el periodo de las operaciones de las inspecciones varía

según el caso, desde cada semana, hasta casa año, condicionando eso, no

solamente por el medio donde trabaja el motor, sino también por el tiempo de

trabajo y de la naturaleza del servicio que desempeña. En línea general, se

deben observar las siguientes reglas:

CADA SEMANA

• Verificar el nivel de aceite de los cojinetes y de los anillos

engrasadores.

• Verificar las conexiones de la caja de bornes (cables pelados, tuercas

no apretadas).

• Examen de los fusibles y de los aparatos de control.

• Verificación del alcance de la velocidad de plena carga en un tiempo

normal.

Page 69: Motores y Generadorees de Corriente Continua

63

• Verificar la tensión en los bornes del motor.

Page 70: Motores y Generadorees de Corriente Continua

64

CADA SEIS MESES

• Verificar la grasa o el estado del aceite de los cojinetes (excesiva grasa

puede producir recalentamiento).

• Examinar las escobillas y portaescobillas (verificar la presión, la correcta

posición y el desgaste. Las escobillas que están desgastadas a más de

la mitad deben ser sustituidas).

• Escuchar el motor a plena velocidad de carga y observar eventuales

ruidos mecánicos, luego desde parado, mover el eje para averiguar

eventuales desgastes de los cojinetes.

• Verificar pernos que sujetan la base del motor, los tornillos que sujetan

la placa, los escudos, las tapas de los cojinetes y las tapas de

protección.

• Inspeccionar el estado de los aparatos de control (arreglar los

contactos estropeados y apretar bien las conexiones, verificar el estado

de los resortes de los contactos).

• Verificar si por algún fusible quemado, el motor no está trabajando con todas

las tres fases.

• Limpiar la suciedad del motor usando aspiradores (los compresores

echarían la suciedad en los enrollamientos).

Page 71: Motores y Generadorees de Corriente Continua

65

CADA AÑO

• Limpiar los cojinetes de casquillos y renovar el aceite o grasa (esto es

condicionado al ambiente de trabajo del motor).

• Verificar el grado de aislamiento del motor. Si la lectura es inferior a un

megahomio (1 MΩ) y se presume que el motor esté muy húmedo,

entonces hay que secarlo con una estufa hasta que la lectura sea

satisfactoria.

• Verificar la corriente absorbida por el motor a plena carga, compararla

con la que indica la placa de características y concluir si el motor está

sobrecargado o subcargado.

• Verificar la holgura del entrehierro con un calibrador de láminas (no se debe

admitir una reducción de esta holgura superior al 20% del entrehierro

normal.

CADA DOS AÑOS

• Desmontar el motor y limpiarlo con tetracloruro de carbono.

Page 72: Motores y Generadorees de Corriente Continua

66

• Secado y rebarnizado del motor (operación condicionada al tipo de trabajo

del motor y al medio circundante).

PRUEBAS GENERALES EN AMBOS

ELÉCTRICAS:

TIPOS D

E

MÁQUINAS

1.- SOBREVELOCIDAD.

2.- SATURACIÓN SIN CARGA.

3.- COMPORTAMIENTO.

4.- SATURACIÓN CON CARGA.

5.- PAR-VELOCIDAD.

6.- ROTOR BLOQUEADO.

7.- EQUILIBRIO TÉRMICO.

8.- VIBRACIÓN MECÁNICA.

9.- EFICIENCIA ENERGÉTICA.

Page 73: Motores y Generadorees de Corriente Continua

67

CONCLUSIONES

Los motores y generadores de corriente continua juegan un papel

importante en la industria y el hogar, ya sea como un elemento para

producir trabajo mecánico o para producir energía eléctrica, aunque

vale la pena recalcar que comparándolos con los que trabajan en

base a corriente alterna tienen menor demanda en el mercado.

Desde el punto de vista mecánico, no existe diferencia alguna entre

los motores y los generadores de corriente continua.

Debido a las características inherentes de los materiales de

aislamiento, las temperaturas anormalmente altas acortarán la vida útil

de funcionamiento de los motores y generadores, razón por la cual

necesitan un monitoreo periódico de ellos con el fin de optimizar su

funcionamiento y economizar recursos.

El estudio de las máquinas eléctricas de corriente continua es de vital

importancia en la ingeniería mecánica (a pesar que es un campo de la

ingeniería eléctrica) pues éstas máquinas están presentes en muchos

proyectos y dispositivos mecánicos, y es necesario conocer sus

principios de funcionamiento para brindar un adecuado mantenimiento

ya sea preventivo o correctivo.

Page 74: Motores y Generadorees de Corriente Continua

68

BIBLIOGRAFÍA

1. CHAPMAN, STEPHEN. MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MÉXICO,

EDITORIAL MC GRAW-HILL, AÑO 2004.

2. http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua

3. http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua

4. http://rincondelvago.com/generadores-y-motores-de-corriente-

continua.html

5. http://proton.ucting.udg.mx/dpto/tesis/quetzal/CAPITUL4.html

6. http://www.walter-fendt.de/ph11s/generator_s.htm

7. http://www.vc.ehu.es/ierwww/maquinas%20el%E9ctricas%20I

%20febrero202001.pdf

8. www.monografias.com

9. SYED A, NASAR. MÁQUINAS ELÉCTRICAS Y

ELECTROMECÁNICAS. EDITORIAL MCGRAW-HILL,

MÉXICO.