Jorge Rivera Solano CO.VO.MO.SAExtra clase de mantenimiento de maquinas

Motores y Generadores de corrientes continua

Motores de corriente continua:Caracteristicas: El motor de corriente continua (denominado

también motor de corriente directa, motor CC o motor DC) es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción del campo magnético. na máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. El estator da soporte mecánico al aparato y contiene los devanados principales de la máquina, conocidos también con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa mediante escobillas fijas (conocidas también como carbones).

Principio de funcionamiento de motores CC

Según la ley de Fuerza simplificada, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha.

Es importante recordar que para un generador se usará la regla de la mano derecha mientras que para un motor se usará la regla de la mano izquierda para calcular el sentido de la fuerza.

Diagrama Constructivo Motores CC

Conexiones Motores cc

Motor con excitación independiente:El devanado de excitación se conecta a una fuente de

tensión diferente a la aplicada al inducido. Esta separación aporta la ventaja de mayores posibilidades de regulación de velocidad que el de derivación.

Motor con excitación en derivación o shunt:

El devanado de excitación se conecta en paralelo con el inducido. La velocidad de un motor con excitación en derivación permanece prácticamente constante para cualquier régimen de carga.

Motor con excitación en serie:El devanado de excitación se conecta en

serie con el inducido, por lo tanto la Iex = Ii. Según aumenta la intensidad del motor, el motor va perdiendo velocidad. Para intensidades muy pequeñas el motor tiende a alcanzar velocidades muy elevadas.

Motor con excitación en compound:Las características del motor compound están

comprendidas entre las del motor shunt y las del motor serie.

Estos motores se emplean en muy pocas ocasiones, debido al peligro de embalamiento para fuertes cargas.

Aún así su mayor utilización es en grúas, tracción, ventiladores, prensas, limadores, etcétera, y en máquinas que requieran elevado par de arranque, como compresores, laminadoras, etcétera.

Motores CC de Excitación independiente

Motor de excitación independiente. Son aquellos que obtienen la alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes. Con ello, el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es entonces prácticamente constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán sólo a la disminución de la fuerza electromotriz por aumentar la caída de tensión en el rotor.

Generador de Corriente Continua:Caracteristicas: Los generadores son máquinas que convierten la

energía mecánica en eléctrica se le denomina también alternador o dínamo en función del tipo de corriente que produzcan.

 El generador está construido a partir de una bobina que gira en el campo magnético. De esta manera, unafuerza electromotriz se establece sobre la bobina como consecuencia de las variaciones del flujo mientras que gira.

Principio de funcionamiento en Generadores CC

a Ley de Faraday. Esta ley nos dice que el voltaje inducido en un circuito es directamente proporcional al cambio del flujo magnético en un conductor o espira. Esto quiere decir que si tenemos un campo magnético generando un flujo magnético, necesitamos una espira por donde circule una corriente para conseguir que se genera la f.e.m. (fuerza electromotriz).

Diagrama esquematico de los Generadores CC

Conexiones de Generador CC: 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.

Excitación Compuesta:En la dinamo con excitación mixta o compuesta el circuito

inductor se divide en dos partes independientes, conectando una en seriecon 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).

El devanado serie aporta sólamente 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).

Generador en derivación ( shunt ) Siendo el dinamo shunt una maquina

autoexitada,enpesara 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 numero de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta su valor normal.

Voltaje de los dinamos shunt

Generador CC de 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 Figura 2 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. Si hubiere que cambiar el sentido de giro, bastará con cambiar, las conexiones del circuito principal.

Motores y Generadores de Corriente Alterna

Motores CA Monofásicos

Fase Partida

Fase Partida NormalPrincipio de funcionamiento:    En principio si partimos del concepto

de motor de inducción y construimos un motor monofásico de inducción con rotor de jaula de ardilla, obtendríamos una máquina cuya curva de par sería la siguiente .

Fase Partida Condensador de ArranqueComo medio de mejorar el par

relativamente bajo del motor de fase partida por resistencia se agrega un capacitor al devanado auxiliar para producir una relación casi real de 90° entre las corrientes de los devanados de arranque y de marcha, en lugar de aproximadamente 30°, elevando el par de arranque a los límites normales del par nominal. La figura muestra el diagrama de conexiones del motor de arranque por capacitor, cuya diferencia implica la adición de un capacitor en el devanado auxiliar. Se puede advertir también a partir de la figura, el mejoramiento del torque de partida debido a la inclusión del capacitor.

Fase Partida Condensador Permanente

En este tipo de motor el condensador del bobinado auxiliar permanece conectado todo el tiempo. Esto simplifica en construcción y reduce el costo ya que no es necesario el switch centrífugo además el factor de potencia, torque y eficiencia resultan mejorados ya que el motor opera como motor bifásico. La operación continua del condensador requiere ciertas características constructivas y se debe comprometer el torque de partida frente al torque de la marcha. Este tipo de motor se presta al control de velocidad por variación del voltaje de suministro. Se usan diversos métodos para ajustar el voltaje aplicado al estator y producir el control deseado de velocidad, como transformadores con varias salidas, variacs, potenciómetros y resistencias o reactores con varias salidas. Debido a su funcionamiento uniforme y a la posibilidad de controlar la velocidad, las aplicaciones de este motor pueden ser ventiladores de toma y descarga en máquinas de oficina, unidades de calefacción o aire acondicionado. Se recomienda utilizarlos cuando se requiere accionar cargas con mínimo par de arranque.

Fase Partida Doble CondensadorEn aplicaciones más exigentes, en las cuales el par de  arranque debe ser mayor, el condensador  deberá tener más capacidad para que el par de arranque sea el suficiente. Esto se puede conseguir con dos condensadores:

Un condensador permanente siempre conectado en serie con uno de los devanados.

Un condensador de arranque, conectando en paralelo (la capacidad equivalente es la suma de ambos) con el permanente en el momento del arranque, para aumentar la capacidad, y que luego será desconectado. 

La secuencia de funcionamiento:1.- Se produce el arranque (punto 0) con ambos

condensadores en paralelo (se suman las capacidades) obteniendo alto par de arranque.2.- Cerca del punto de funcionamiento del motor, se elimina el condensador de arranque (punto 1).3.- El motor evoluciona hasta el punto 2 solo con el condensador permanente.

Motor Monofásico UniversalEl motor monofásico universal es un tipo de motor eléctrico que

puede funcionar tanto con corriente continua (C.C.) como con corriente alterna. (A.C.)

Principio de Funcionamiento en corriente continua[editar]Al invertir la corriente continua del motor en serie, el sentido

de rotación permanece constante. Si se aplica corriente alterna a un motor en serie, el flujo de corriente en la armadura y en el campo se invierte simultáneamente, el motor seguirá girando en el mismo sentido.

Principio de Funcionamiento en Corriente Alterna[editar]Figura 2: Onda senoidal.Cuando el motor universal es conectado en C.A, su flujo varía

cada medio ciclo.En la primera mitad de la onda de corriente alterna es

denominada positiva, aquí la corriente en los devanados de la armadura tienen la dirección igual a las manecillas del reloj, es decir de izquierda a derecha, mientras que el flujo producto del devanado del campo tiene un sentido de derecha a izquierda, así que el par desarrollado por el motor es contrario al de las manecillas del reloj.

En la segunda mitad de la onda de corriente alterna, denominada negativa, el voltaje aplicado invierte su polaridad, así mismo la corriente cambia su dirección y ahora está de derecha a izquierda, también el flujo producto de los polos está dirigido ahora de izquierda a derecha, el par de arranque no cambia su dirección, puesto que en la mitad negativa se invierten tanto la dirección de la corriente, como la del flujo.

Motor Monofásico Espira FraguerEl motor con espira de arranque, o motor

con espira en cortocircuito, es un motor eléctrico monofásico (sólo para corriente alterna), que se utiliza cuando se requiere poca potencia y larga duración sin mantenimiento, ya que no lleva escobillas.

Todo motor monofásico requiere la producción de un campo magnético para comenzar a girar. Una sección de cada polo está provisto de un anillo de bronce llamado "espira de Frager" (espira de arranque), donde las corrientes inducidas retrasan en su entorno el flujo magnético, lo suficiente como

para proporcionar un campo giratorio

Motores Trifásicos

Motores Trifásicos AsíncronosLos motores asíncronos o de inducción son un tipo

de motor de corriente alterna en el que la corriente eléctrica del rotor necesaria para producir torsión es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de inducción no requiere una conmutación mecánicaaparte de su misma excitación o para todo o parte de la energía transferida del estator al rotor, como en los universales, DC y motores grandes síncronos.

Eléctricamente hablando, se puede definir al motor asincrónico como un Transformador eléctrico cuyos bobinados del estator representan el primario, y los devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito.

Motores Trifásicos Síncronos

Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación; el período de rotación es exactamente igual a un número entero de ciclos de CA. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuenciade la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo". Este tipo de motor contiene electromagnetos en el estátor del motor que crean un campo magnético que rota en el tiempo a esta velocidad de sincronismo.

Motores a pasoEl motor a paso es un dispositivo electromecánico que

convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera que un conversor digital-analógico (D/A) y puede ser gobernado por impulsos procedentes de sistemas lógicos.

Este motor presenta las ventajas de tener precisión y repetitividad en cuanto al posicionamiento. Entre sus principales aplicaciones destacan como motor defrecuencia variable, motor de corriente continua sin escobillas, servomotores y motores controlados digitalmente.

Tipos de motores a paso: Existen 3 tipos fundamentales de motores paso a paso: el 

motor de reluctancia variable, el motor de magnetización permanente, y el motor híbrido.

El motor de pasos de reluctancia variable (VR): Tiene un rotor multipolar de hierro y un estátor devanado laminado, y rota cuando los dientes del rotor son atraídos a los dientes del estátor electromagnéticamente energizados. La inercia del rotor de un motor de paso de reluctancia variable es pequeña y la respuesta es muy rápida, pero la inercia permitida de la carga es pequeña. Cuando los devanados no están energizados, el par estático de este tipo de motor es cero. Generalmente, el paso angular de este motor de paso de reluctancia variable es de 15°.

El motor de pasos de rotor de imán permanente: Permite mantener un par diferente de cero cuando el motor no está energizado. Dependiendo de la construcción del motor, es típicamente posible obtener pasos angulares de 7.5, 11.25, 15, 18, 45 o 90°. El ángulo de rotación se determina por el número de polos en el estátor.

El motor de pasos híbrido: Se caracteriza por tener varios dientes en el estátor y en el rotor, el rotor con un imán concéntrico magnetizado axialmente alrededor de su eje. Se puede ver que esta configuración es una mezcla de los tipos de reluctancia variable e imán permanente. Este tipo de motor tiene una alta precisión y alto par y se puede configurar para suministrar un paso angular tan pequeño como 1.8°.

Motores paso a paso unipolares: estos motores suelen tener 5 o 6 cables de salida dependiendo

de su conexion interna. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar, estos utilizan un cable común a la fuente de alimentación y posteriormente se van colocando las otras líneas a tierra en un orden específico para generar cada paso, si tienen 6 cables es porque cada par de bobinas tiene un común separado, si tiene 5 cables es porque las cuatro bobinas tiene un solo común; un motor unipolar de 6 cables puede ser usado como un motor bipolar si se deja las líneas del común al aire.

Motores paso a paso Bipolares: Estos tienen generalmente 4 cables de salida. Necesitan ciertos

trucos para ser controlados debido a que requieren del cambio de dirección de flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.

Secuencia de rotación en un motor Bipolar: Obsérvese como la variación de la dirección del campo magnético creado en el estator producirá movimiento de seguimiento por parte del rotor de imán permanente, el cual intentará alinearse con el campo magnético inducido por las bobinas que excitan los electroimanes (en este caso A y B). Vcc es la alimentación decorriente continua (por ejemplo: 5V, 12V, 24V...)

AlternadoresUn alternador es una máquina eléctrica, capaz de

transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.

Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa.

Un alternador es un generador de corriente alterna que funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energía. En el mundo se utilizan alternadores con una frecuencia de 50 Hz (Europa,.. ) o 60 Hz (Brasil, Estados Unidos, ...), es decir, que cambia su polaridad 50 o 60 veces por segundo.

Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor (no confundir con inductor o bobina, pues en la figura las bobinas actúan como inducido), que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético. 

Aplicación La principal aplicación del alternador es la de

generar energía eléctrica de corriente alterna para entregar a la red eléctrica, aunque también, desde la invención de los rectificadores de silicio, son la principal fuente de energía eléctrica en todo tipo de vehículos como automóviles, aviones, barcos y trenes, desplazando a la dinamo por ser más eficiente y económico.

Bibliografía:www.wikipedia.comwww.skf.comwww.monografias.comwww.nichese.comwww.mcgraw-hill.es www.boschautopartes.mxwww.densoautoparts.comwww.rincondelvago.comwww.todorobot.com.ar