tema8 motores electricos

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MOTORES ELÉCTRICOS Índice 1.- Introducción ........................................................................................ 2 2.- Principios de Funcionamiento ............................................................ 3 3.- Tipos de Motores ................................................................................. 7 3.1.- Motores de Pasos o Motores Paso a Paso .................................... 8 3.1.1 Principios de Funcionamiento .................................................. 9 3.1.2 Tipos de Motores de Paso ......................................................... 9 3.1.2.1 Motores Unipolares .......................................................... 10 3.1.2.2 Motores Bipolares ............................................................. 11 3.1.2.3 Motores de reluctancia variable ...................................... 11 3.1.2.4 Motores de Múltiples Fases .............................................. 12 3.2.- Motores de corriente continua (DC) .......................................... 13 3.3.- Motores de Corriente Alterna. ................................................... 18 3.4.- El Servo Motor. ........................................................................... 26 4.- Control de motores. ........................................................................... 30 5.- Bibliografía ........................................................................................ 34

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Page 1: Tema8 motores electricos

MOTORES ELÉCTRICOS

Índice 1.- Introducción ........................................................................................ 2 2.- Principios de Funcionamiento............................................................ 3 3.- Tipos de Motores................................................................................. 7

3.1.- Motores de Pasos o Motores Paso a Paso.................................... 8 3.1.1 Principios de Funcionamiento.................................................. 9 3.1.2 Tipos de Motores de Paso......................................................... 9

3.1.2.1 Motores Unipolares.......................................................... 10 3.1.2.2 Motores Bipolares............................................................. 11 3.1.2.3 Motores de reluctancia variable...................................... 11 3.1.2.4 Motores de Múltiples Fases.............................................. 12

3.2.- Motores de corriente continua (DC).......................................... 13 3.3.- Motores de Corriente Alterna....................................................18 3.4.- El Servo Motor............................................................................ 26

4.- Control de motores............................................................................ 30 5.- Bibliografía........................................................................................ 34

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1.- Introducción Los motores eléctricos juegan un papel muy importante en la actualidad. Se encuentran en infinidad de sistemas tanto en entornos domésticos como en entornos industriales. Ejemplos cotidianos de sistemas en los que aparecen los motores como elementos indispensables son ordenadores, juguetes y todo tipo de electrodomésticos. Por otra parte, la necesidad de los motores eléctricos en las industrias está fuera de toda duda.

Otro de los campos en los que los motores ocupan un lugar irreemplazable es la robótica. Todos los robots necesitan motores eléctricos para poder moverse. La robótica es una de las áreas para la que se espera un mayor desarrollo en el futuro. Y por este motivo también cabe esperar que los motores eléctricos usados en robótica evolucionen refinando sus prestaciones.

Los motores eléctricos permiten transformar energía eléctrica en mecánica. Este hecho fundamental hace de los motores eléctricos la solución más adecuada en entornos, tanto industriales como domésticos. Al ser la energía eléctrica el tipo de energía inicial, el uso de motores cuenta con todas las ventajas que se derivan de este hecho. En primer lugar la energía eléctrica es barata, limpia y fácilmente transportable. Por otra parte la naturaleza de los motores eléctricos les permite adaptarse a un gran margen de cargas de trabajo.

Nuestro objetivo es abordar el estudio de los motores eléctricos dando una perspectiva general. En primer lugar trataremos los principios físicos en que se basa el funcionamiento de todos los tipos de motores eléctricos. En este apartado no pretendemos profundizar en el estudio de estos fenómenos sino únicamente introducir los principios físicos básicos en que se basa el funcionamiento de los motores.

A continuación se estudiarán en detalle los tipos de motores existentes en la actualidad. Para cada uno de los tipos se verán las características fundamentales, y las aplicaciones más frecuentes para las que son usados.

El siguiente punto de nuestro estudio es el control de motores. El control de motores está relacionado estrechamente con la mayor parte de las aplicaciones en las que se usan los motores eléctricos. Por este motivo trataremos este punto en nuestro estudio.

Finalmente se facilitará un listado de referencias donde se puede encontrar más información sobre los temas aquí tratados.

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2.- Principios de Funcionamiento Los motores, generadores y transformadores convierten la energía de una forma en otra al interactuar con el campo magnético. Para modelar esta interacción se usan los siguientes cuatro principios físicos:

1 Al circular corriente por un conductor se produce un campo magnético alrededor de él.

2 Si a través de una espira se pasa un campo magnético variable con el tiempo, se induce un voltaje en dicha espira.

3 Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un campo magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor.

4 Cuando un conductor en movimiento se encuentra inmerso dentro de un campo magnético, en dicho conductor se induce un voltaje.

Los transformadores de energía eléctrica se basan en el segundo principio. En el caso de los motores eléctricos es la tercera ley la que explica su comportamiento. Y finalmente el cuarto principio es el usado para estudiar los generadores de energía eléctrica a partir de energía mecánica. Nuestro objetivo es estudiar los motores eléctricos por lo que nos centraremos en la tercera ley.

Aplicaremos esta ley a nuestro caso relacionándola con la geometría y las piezas de un motor eléctrico para justificar el movimiento de rotación de los motores.

En primer lugar estudiaremos el campo magnético, más tarde añadiremos una espira (conductor) por la que circula una corriente eléctrica. El resultado de la interacción de estos dos elementos es que aparecerá una fuerza sobre la espira que la hará girar.

La producción de un campo magnético por una corriente eléctrica, esta regida por la Ley de Ampere:

Donde:

H es el campo magnético producido por la corriente INET. H se mide en Amperios/metro y la Intensidad en Amperios.

Esta expresión quiere decir que la integral de línea del campo magnético H sobre la curva que describe el campo es igual a la corriente que produce ese campo. Para ilustrar esta idea podemos considerar el siguiente ejemplo. Colocamos una espira cuadrada de hierro para que confine el campo Magnético. Es decir, el objetivo de esta espira es

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proporcionar un camino para el campo magnético. Así el campo magnético seguirá la dirección indicada por H en la figura. Por otra parte una corriente eléctrica INET da N vueltas alrededor de la espira. Los materiales que, como el hierro, confinan el campo magnético reciben el nombre de Materiales Ferromagnéticos, y se caracterizan por su alta constante de Permeabilidad Magnética µ. Al aplicar la ley de Ampere a esta situación tendremos que: El recorrido sobre el que hay que hacer la integral es la espira rectangular de la figura. El campo magnético puede considerarse aproximadamente constante con lo que ∫H·dl = H·L donde L es el perímetro de la espira.

Por otra parte la corriente INET da N vueltas a la estructura con lo que la ley de Ampere aplicada a este caso resulta: H·L = N·INET

Figura 2.1: Ejemplo de la Ley de Ampere

Las conclusiones que sacamos de este ejemplo son dos.

1 Utilizando materiales ferromagnéticos conseguimos confinar el campo magnético y con esto se maximizará el flujo de campo magnético a través de la superficie interior al arrollamiento.

2 Arrollar el hilo de alimentación a la espira dando N vueltas equivale a multiplicar por N la corriente con la que creo el campo magnético.

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Estas conclusiones son muy importantes y veremos cómo influyen decisivamente en la construcción de los motores eléctricos.

Por otra parte, es necesario señalar que el esquema del ejemplo es muy similar al esquema de un electroimán.

Figura 2.2: Electroimán

Los electroimanes serán muy útiles en los motores eléctricos, ya que como veremos para que se produzca el giro del rotor es necesario que exista campo magnético. Este campo magnético será generado por un imán o un electroimán según el tipo de motor.

Hasta el momento hemos visto cómo se crea el campo magnético pero ¿cómo es posible que el eje gire? La clave, como ya se adelantó, está en el tercero de los principios que se enunciaron al principio de este apartado. Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un campo magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor. En la siguiente figura se ilustra este fenómeno:

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Figura 2.3: Una espira recorrida por una corriente que esté inmersa en un campo magnético experimenta una fuerza que hará girar a la espira

En la figura se representan los polos norte y sur de un imán que genera un campo magnético. Por otra parte aparece una espira inmersa en el campo magnético que es recorrida por una corriente eléctrica. En estas condiciones se ejercerá una fuerza sobre la espira que la hará girar respecto al eje de rotación representado en la figura con trazo discontinuo.

Un esquema más próximo a un motor eléctrico es el siguiente:

Figura 2.4: Esquema de un motor eléctrico (de corriente continua).

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En la figura puede apreciarse como los imanes tienen una forma cilíndrica para que la espira pueda girar en su interior. También puede apreciarse como es necesario utilizar un mecanismo especial para suministrar corriente a la espira que se encuentra en continuo movimiento. Para solucionar este problema se usan unas escobillas que proporcionan la alimentación necesaria a la espira en movimiento.

Este es el principio básico de funcionamiento en el que se basan los motores eléctricos. Pero los motores reales incluyen numerosos elementos adicionales para conseguir las prestaciones deseadas. Por ejemplo, el número de espiras es mucho mayor, con ello se consigue como vimos, multiplicar los efectos de la intensidad que recorre la espira. Otra posibilidad es usar electroimanes en lugar de imanes. Los motores paso a paso explotan las ventajas de este hecho para conseguir controlar la posición del eje.

Para finalizar este estudio sobre los principios básicos de funcionamiento, es necesario decir que en la práctica los motores eléctricos generan fuertes interferencias electromagnéticas, por lo que este hecho debe ser tenido en cuenta al diseñar sistemas reales previendo las interacciones entre los motores y el resto de sistemas electrónicos. Estas interferencias pueden llegar incluso a dañar de modo permanente otros equipos, por lo que deben ser controladas de antemano. También es necesario decir que existe una legislación rigurosa al respecto que todos los equipos deben cumplir.

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3.- Tipos de Motores

Los motores pueden clasificarse según cual sea la naturaleza de la fuente que los alimenta. Así, utilizaremos esta clasificación en nuestro estudio sobre motores para estructurar los contenidos:

1 Motores de Corriente Continua (DC).

2 Motores de Corriente Alterna (AC).

3 Otros Motores.

Los Motores de Corriente Continua (DC) tienen como principales características que permiten regular la velocidad de rotación del eje en todo momento y tener un torque de arranque elevado. Este tipo de motores se utilizan en trenes, automóviles eléctricos y en general, se empleará este tipo de motores en todos aquellos casos en los que la fuente de alimentación sea de tipo continua, por ejemplo pilas, baterías, etc.

Este tipo de motores necesitan para funcionar un circuito eléctrico y un campo magnético que se obtienen con un imán o con un electroimán. El campo magnético generado permite la transformación de la energía eléctrica recibida por la armadura en energía mecánica entregada a través del eje.

Otro tipo de motor es el Motor de Corriente Alterna (AC). Y a su vez, podemos clasificar los motores de corriente alterna en dos subtipos.

1 Motor Síncrono

2 Motor Asíncrono o de Inducción.

El Motor Síncrono se caracteriza porque su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Así la velocidad de giro de este motor será constante y dependiente de la frecuencia de la fuente de alimentación utilizada. Este tipo de motor es muy utilizado en la generación de energía eléctrica, por ejemplo, las centrales hidroeléctricas y termoeléctricas utilizan generadores sincrónicos trifásicos.

El Motor Asincrónico o de Inducción tiene la peculiaridad de que no necesitan un campo magnético alimentado con corriente continua como en los casos del motor de corriente directa o del motor sincrónico. Una fuente de corriente alterna (trifásica o monofásica) alimenta a un estator. La corriente en las bobinas del estator induce corriente alterna en el circuito eléctrico del rotor (de manera algo similar a un transformador) y el rotor es obligado a girar.

Según la forma de construcción del rotor, los motores asíncronicos se clasifican en:

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1 Motor Asincrónico de Rotor Bobinado

2 Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

El Motor Asincrónico de Rotor Bobinado se utiliza en aquellos casos en los que la transmisión de potencia es demasiado elevada (a partir de 200 kW) y es necesario reducir las corrientes de arranque. También se utiliza cuando se desea regular la velocidad del eje. Es posible regular la velocidad de rotación colocando resistencias variables en serie a los bobinados del rotor. Un detalle interesante es que la velocidad del eje nunca podrá ser superior que la velocidad correspondiente si el motor fuera síncrono.

El Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla es el motor eléctrico por excelencia. Es el motor relativamente más barato, eficiente, compacto y de fácil construcción y mantenimiento. Tanto es así que siempre que sea necesario utilizar un motor eléctrico, se debe procurar seleccionar un motor asincrónico tipo jaula de ardilla y preferentemente trifásico. La diferencia con el motor de rotor bobinado consiste en que el rotor esta formado por un grupo de barras de aluminio o de cobre en formas similar al de una jaula de ardilla.

Otro de los tipos de motores habitualmente usados es el Motor Universal. Tiene la forma de un motor de corriente continua en conexión serie. La principal diferencia es que es diseñado para funcionar con corriente alterna. Se utiliza en taladros, aspiradoras, licuadoras, lustradoras, etc. Su eficiencia es baja (de orden del 51%), pero como se utilizan en maquinas de pequeña potencia esta ineficiencia no es importante.

El Motor de Pasos se caracteriza porque las cantidades de giro del eje están discretizadas. Estos motores son muy utilizados en impresoras de computadores, en unidades de disco.

En entornos industriales los motores más empleados son motores síncronos trifásicos.

3.1.- Motores de Pasos o Motores Paso a Paso

Los motores paso a paso son muy utilizados en la práctica. Ejemplos de aplicaciones de este tipo de motores son las unidades de disco flexible de los ordenadores personales, impresoras, robótica, y en general en todos aquellos casos en los que sea preciso controlar la cantidad que gira el motor en un sentido dado. Son ligeros y fiables, aunque su estructura interna es más compleja que en el resto de motores que veremos.

Un motor paso a paso es, en esencia, un conversor electromecánico, que transforma la energía eléctrica en mecánica. Pero tiene una característica peculiar que le hace distinto al resto de los motores. Mientras que un motor convencional gira libremente al aplicar una tensión comprendida dentro de ciertos límites, el motor paso a paso está concebido de tal manera que gira un determinado ángulo proporcional a la "codificación" de tensiones aplicadas a sus entradas (4, 6, etc.). La posibilidad de controlar en todo momento esta codificación permite realizar desplazamientos angulares lo suficientemente precisos, dependiendo el ángulo de paso (o resolución angular) del tipo de motor (puede ser tan

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pequeño como 1,80º hasta unos 15º). De este modo, si por ejemplo el número de grados por paso es de 1,80º, para completar una vuelta serán necesarios 200 pasos.

De la misma manera que se puede posicionar el eje del motor, es posible controlar la velocidad del mismo, la cual será función directa de la frecuencia de variación de las codificaciones en las entradas.

3.1.1 Principios de Funcionamiento

La estructura de los motores paso a paso es sensiblemente diferente a la del resto de motores que veremos. En este caso en el rotor hay un imán permanente. Por otra parte el estator contiene varios electroimanes colocados adecuadamente para que el efecto del campo magnético que generan sea máximo en una determinada zona. Estas zonas se encuentran distribuidas uniformemente a lo largo de toda la trayectoria que sigue el rotor en su giro. La siguiente figura ilustra de modo cualitativo el modo en el que se disponen los electroimanes del estator.

Figura 3.1: Estructura de un motor paso a paso.

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Externamente se aplican pulsos de corriente a cada uno de los electroimanes de la figura, con ello se consigue llevar al rotor a la posición deseada y mantenerlo allí. También es posible hacer que el rotor gire libremente si no se activa ninguno de los electroimanes del estator. Otra posibilidad que ofrece el motor de pasos es el control de la velocidad de giro. Para conseguir que el motor de pasos gire no hay más que aplicar los pulsos de corriente de modo que se respete la secuencia adecuada para este fin. Y en estas condiciones la velocidad de giro dependerá directamente de la frecuencia con que se presenten estos pulsos de corriente al motor. 3.1.2 Tipos de Motores de Paso

Existen dos tipos de motores de paso, los de imán permanente y los de reluctancia variable. Los de imán permanente muestran resistencia cuando intentamos girar el eje con los dedos, mientras que los de reluctancia variable, casi siempre giran libremente o con menos dificultad. Sin embargo pueden mostrar cierta resistencia debido a una magnetización residual en el rotor.

Dentro de los de imán permanente se distinguen tres subtipos. Motores Unipolares, Bipolares y Multifases. Vemos a continuación cada uno de estos tipos.

3.1.2.1 Motores Unipolares

Son relativamente fáciles de controlar. Su característica principal es tener un terminal central común, de modo que el esquema de cableado consiste en tomar estos terminales centrales comunes y conectarlos a la fuente de alimentación positiva. El circuito controlador se encargará de poner cada bobina a tierra para alimentarla de manera secuencial. El número de fases es el doble al número de bobinas, ya que cada bobina es dividida en dos por medio del terminal central común.

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Figura 3.2: Motor Paso a Paso de tipo Unipolar.

A parte de la secuencia de manejo estándar, existen otras posibles secuencias que nos serán útiles en determinadas ocasiones. Por ejemplo, es posible aumentar la potencia de giro del motor y existe una configuración de medio paso que nos permitirá duplicar el número de posiciones del motor. Para aumentar la potencia de giro del motor será suficiente con activar dos electroimanes en lugar de uno para que el motor gire. Para duplicar el número de pasos, se alimenta con la secuencia estándar pero para que el rotor quede en posiciones intermedias se activan dos electroimanes a la vez. Estos dos tipos de secuencia se muestran en la siguiente figura.

Figura 3.3: Secuencia de pasos para alto torque(izq) y Secuencia que duplica el número de pasos (der).

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3.1.2.2 Motores Bipolares

Los motores de paso bipolares, ya sean de imán permanente o híbridos, están diseñados de la misma forma que un motor unipolar, la única diferencia es que ya no tienen terminal central común. Están formados por dos bobinas separadas y cuyas polaridades necesitan ser invertidas o cambiadas en cada operación para que haga girar el rotor.

El motor es simple, pero el circuito manejador o driver que necesita invertir la polaridad de cada par de polos del motor es mas complejo. Dicho circuito permite que la polaridad de la fuente de alimentación aplicada al final de cada bobinado sea controlada de manera independiente. La siguiente figura muestra la secuencia de pulsos necesaria para hacer girar el motor.

Figura 3.4: Secuencia de control de un motor bipolar.

Los motores bipolares manejan la misma secuencia que un motor unipolar, pero los 0 y 1 corresponden a la polaridad del voltaje aplicado a las bobinas, ya no son simplemente signos de on-off. Cada bobina necesita su propio circuito controlador llamado H-bridge (puente H) disponibles en circuitos integrados.

3.1.2.3 Motores de reluctancia variable

Son los motores de pasos más simples de controlar. La secuencia de control es

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simplemente activar cada una de las bobinas en orden, una después de otra. Tiene un cable de alimentación que es común a un extremo de cada bobina. El resto de terminales del motor corresponde a cada uno de los terminales no comunes de cada bobina. Al girar este motor con la mano se aprecia que el rotor gira libremente y no se sienten los pasos debido a que no esta permanentemente magnetizado como los tipos anteriores, unipolares y bipolares. La siguiente figura muestra la secuencia de alimentación necesaria para que el motor gire en el sentido de las agujas del reloj.

Figura 3.5: Secuencia de control de un motor de Reluctancia Variable.

3.1.2.4 Motores de Múltiples Fases

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Es un tipo de motor poco común. Todas las bobinas están conectadas en serie con un terminal entre cada par de bobinas. La mayoría es de 3 y/o 5 fases y pueden dar mayores torques debido a que todas (o todas menos una) las bobinas del motor son activadas en cada punto en un ciclo de paso, es decir, que para realizar un paso hay que cambiar únicamente la polaridad de un terminal de forma secuencial. La siguiente figura muestra los terminales.

Figura 3.6: Terminales en motores de múltiples fases.

Por ejemplo, para un motor de 5 fases, hay una secuencia de 10 pasos que se repite par hacer girar el motor. Notar que para ejecutar un paso basta cambiar la polaridad de un terminal, el paso siguiente activa la bobina que no estaba activada en el paso anterior.

Terminal 1 +++-----+++++-----++ Terminal 2 --+++++-----+++++--- Terminal 3 +-----+++++-----++++ Terminal 4 +++++-----+++++----- Terminal 5 ----+++++-----+++++-

3.2.- Motores de corriente continua (DC)

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En la imagen anterior se observan algunos clásicos micro motores DC (Direct Current) o también llamados CC (corriente continua) de los usados generalmente en robótica. Los hay de distintos tamaños, formas y potencias, pero todos se basan en el mismo principio de funcionamiento. Accionar un motor DC es muy simple y solo es necesario aplicar la tensión de alimentación entre sus bornes. Para invertir el sentido de giro basta con invertir la alimentación y el motor comenzará a girar en sentido opuesto. A diferencia de los motores paso a paso y los servomecanismos, los motores DC no pueden ser posicionados y/o enclavados en una posición específica. Estos simplemente giran a la máxima velocidad y en el sentido que la alimentación aplicada se lo permite. Un motor de corriente continua se compone de un imán fijo o electroimán que constituye el inductor o estator y un bobinado llamado inducido o rotor que es capaz de girar en el interior del primero, cuando recibe una corriente continua de excitación. Si sobre la bocina se hace pasar una corriente se creará en la misma un campo magnético que la hará girar al crearse unas fuerzas de atracción y repulsión con respecto al imán del estator. Durante este giro se producen una serie de efectos que condicionan la construcción del motor, el primero de ellos se produce cuando se enfrentan dos polos de distinto signo, momento en que la atracción será máxima y la bobina tiende a detenerse, sin embargo, por inercia pasará de largo pero el sentido de giro se invertirá y volverá hacia atrás deteniéndose al cabo de unas cuantas oscilaciones. Ahora bien si en el momento en que los polos opuestos se enfrentan, se invierte el sentido de circulación de la corriente en la bobina, automáticamente se producirá un cambio de signo en los polos magnéticos creados por la misma, dando origen a que aparezcan unas fuerzas de repulsión entre ellos que obligarán a aquella a seguir girando otra media vuelta, debiéndose invertir la corriente nuevamente y así sucesivamente. El método empleado para producir estos cambios es el de dividir el anillo colector, por el que recibe la bobina la corriente de alimentación, en dos mitades iguales separadas por un material aislante, que giran deslizándose sobre dos contactos eléctricos fijos o escobillas, uno conectado al polo positivo y el otro al negativo. De esta forma, dichos contactos cruzarán dos veces por cada rotación la división entre los semianillos, invirtiéndose así el sentido de circulación de la corriente de la bobina. CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

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El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales:

1 Rotor 2 Estator

Dentro de éstas se ubican los demás componentes como:

1 Escobillas y portaescobillas 2 Colector 3 Eje 4 Núcleo y devanado del rotor 5 Imán Permanente 6 Armazón 7 Tapas o campanas

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Tabla de Estructura La siguiente tabla muestra la distribución de las piezas del motor:

Rotor Constituye la parte móvil del motor, proporciona el torque para mover a la carga. Está formado por:

1 Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector.

2 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.

Las laminaciones tienen por objeto reducir las corrientes parásitas en el núcleo. El acero del

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núcleo debe ser capaz de mantener bajas las pérdidas por histéresis. Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado).

3 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.

4 Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material

conductor 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)

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 :

5 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.

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6 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.

7 Escobillas: Las escobillas están fabricadas de carbón, y poseen una dureza menor que

la del colector, para evitar que éste se desgaste rápidamente. Se encuentran albergadas por los porta escobillas. Ambos, escobillas y porta escobillas, 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. El porta escobillas mantiene a las escobillas en su posición de contacto firme con los

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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. 3.3.- Motores de Corriente Alterna. Bajo el título de motores de corriente alterna podemos reunir a los siguientes tipos de motor.

8 Motor Síncrono 9 El Motor Asíncrono o de Inducción

Motor síncrono. El motor síncrono es en esencia un alternador trifásico con funcionamiento inverso a éste. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura están divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica. La variación de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reacción magnética variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la línea de potencia de corriente alterna.

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La velocidad constante de un motor síncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no pueden utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecánica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando está bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegaría a pararse. Los motores síncronos pueden funcionar con una fuente de potencia monofásica mediante la inclusión de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magnético rotatorio. Según la ubicación del campo magnético, los generadores síncronos se clasifican en:

10 Campo en el estator: la resistencia variable nos permite hacer más o menos intenso el campo del electroimán.

11 Campo en el rotor: con este tipo se consigue una mayor eficiencia, pues se necesita menor energía para hacer lo mismo que el anterior. Se puede decir que el imán es una especie de catalizador el cual permite convertir potencia mecánica en potencia eléctrica.

Según la forma del campo magnético:

1 Polos salientes: existe una inclinación para la magnetización en la dirección de las expansiones polares.

2 Polos cilíndricos: el entrehierro es constante. Entonces el flujo es independiente de la posición.

-Ecuaciones Características del Generador Síncrono.

Generador Síncrono Monofásico

La ecuación básica del generador síncrono monofásico es

N = 120 f / p

donde

N: número de revoluciones por minuto

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f: frecuencia en Hz

p: número de polos

A diferencia del motor asíncrono, esta relación se cumple exactamente en una máquina síncrona. En el caso más típico la frecuencia será 60 Hz y el generador tendrá 2 polos, así que la velocidad de giro será de 3600 RPM.

El generador síncrono puede ser monofásico o trifásico, pero a partir de los 5 kW resulta más económico fabricar generadores trifásicos, igualmente a medida que aumenta el tamaño de la máquina el campo se encuentra en el rotor.

Un generador pequeño a condiciones nominales tiene baja eficiencia, por ejemplo un generador de 1 kW puede tener una eficiencia de 50 a 60%, mientras que uno de 10 MW puede tener una eficiencia de 90% y uno de 1000 MW puede alcanzar 99% de eficiencia.

El siguiente modelo corresponde a un generador alimentado con una fuente de corriente continua llamada excitador. Antiguamente este excitador era un generador de cc en conexión paralela y alimentaba al campo del generador síncrono mediante un sistema de anillos, escobillas y carbones. Hoy en día se usa un excitador que consiste en un pequeño generador síncrono con el campo en el estator. La corriente alterna generada en el estator es rectificada y así se alimenta el campo del generador síncrono sin el uso de anillos ni escobillas. El siguiente modelo es válido para un generador de rotor cilíndrico y pierde precisión cuando el generador es de polos salientes.

Rexi: resistencia de excitación interna

Rexe: resistencia de excitación externa (con la que se regula Iex y el flujo Øm)

Del circuito deducimos que

Ea = U + Ia (ra + jXs)

Pero Ea = 4.44 f Øm w = k Øm w, donde w = 2ΠΠΠΠ f

Por otro lado, la potencia mecánica suministrada por el generador viene dada por

Pmec = Tw = Ea Ia cos Øt

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donde Øt : ángulo de ra + jXs + Z

Entonces

Tw = k Øm Ia cos Øt

Adicionalmente deducimos la ecuación

Uex = Iex (Rexe + Rexi)

Normalmente la resistencia ra es despreciable.

Este modelo es correcto en el caso del rotor cilíndrico. Cuando la máquina es de polos salientes se prefiere utilizar otro modelo llamado el modelo d-q, que toma en cuenta el efecto de tensiones que aparecen porque el campo no es totalmente sinusoidal.

Generador Síncrono Trifásico

Para el caso del generador síncrono trifásico, el circuito equivalente es

Similarmente al circuito monofásico, las ecuaciones características por fase son

Eaf = Uf + Ia (ra + jXs)

Eaf = 4.44 f Øm w = k Øm w

Uex = Iex (Rexe + Rexi)

Y la potencia mecánica total será

Pmec = Tw = 3 k Øm Ia cos Øt

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Motores asincrónicos. De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores asincrónicos se clasifican en:

1 Motor Asincrónico de Rotor Bobinado 2 Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

El método empleado en este tipo de motores, consiste en emplear dos electroimanes formando un ángulo recto a los que se aplican a su vez dos corriente alternas de la misma frecuencia pero desfasadas 90º. Al emplear una corriente alterna sinusoidal, se obtendrá un campo que varía en la misma forma, que al combinarse con el otro similar a él pero con una magnitud diferente, debida a la diferencia de fase y con otra orientación creada por la distinta situación, se produce el efecto deseado. Este conjunto de dos bobinados constituye el inductor o estator y provoca sobre el rotor, en el que el disco se ha sustituido pro otro elemento, una velocidad de giro N (r.p.s)=f, siendo f la frecuencia de la corriente alterna aplicada.

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En el de Rotor Bobinado, el rotor se aloja un conjunto de bobinas que además se pueden conectar al exterior a través de anillos rotantes. Colocando resistencias variables en serie a los bobinados del rotor se consigue suavizar las corrientes de arranque. De la misma manera, gracias a un conjunto de resistencias conectadas a los bobinados del rotor, se consigue regular la velocidad del eje. Un detalle interesante es que la velocidad del eje nunca podrá ser superior que la velocidad correspondiente si el motor fuera síncrono.

El más simple de todos los tipos de motores eléctricos es el motor de inducción de caja de ardilla que se usa con alimentación trifásica. La armadura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor síncrono.

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El elemento rotatorio consiste en un núcleo, en el que se incluyen una serie de conductores de gran capacidad colocados en círculo alrededor del árbol y paralelos a él. Cuando no tienen núcleo, los conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas cilíndricas que se usaban para las ardillas. El flujo de la corriente trifásica dentro de las bobinas de la armadura fija genera un campo magnético rotatorio, y éste induce una corriente en los conductores de la jaula. La reacción magnética entre el campo rotatorio y los conductores del rotor que transportan la corriente hace que éste gire. Si el rotor da vueltas exactamente a la misma velocidad que el campo magnético, no habrá en él corrientes inducidas, y, por tanto, el rotor no debería girar a una velocidad síncrona. En funcionamiento, la velocidad de rotación del rotor y la del campo difieren entre sí de un 2 a un 5%. Esta diferencia de velocidad se conoce como caída. Los motores con rotores del tipo jaula de ardilla se pueden usar con corriente alterna monofásica utilizando varios dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las características del voltaje monofásico y lo hagan parecido al bifásico. Este tipo de motores se denominan motores multifásicos o motores de condensador (o de capacidad), según los dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla monofásicos no tienen un par de arranque grande, y se utilizan motores de repulsión-inducción para las aplicaciones en las que se requiere el par. Este tipo de motores pueden ser multifásicos o de condensador, pero disponen de un interruptor manual o automático que permite que fluya la corriente entre las escobillas del conmutador cuando se arranca el motor, y los circuitos cortos de todos los segmentos del conmutador, después de que el motor alcance una velocidad crítica. Los motores de repulsión-inducción se denominan así debido a que su par de arranque depende de la repulsión entre el rotor y el estator, y su par, mientras está en funcionamiento, depende de la inducción. Los motores de baterías en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. Éstos se fabrican en tamaños pequeños y se utilizan en aparatos domésticos. OTRA CLASIFICACION DE LOS MOTORES ASINCRONOS TRIFAS ICOS

1 Clasificación NEMA

Los motores trifásicos de potencias mayores de 1 HP son clasificados por las normas NEMA, según el diseño de la jaula del rotor de la siguiente manera:

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2 Motor de diseño NEMA A

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

Es un motor de inducción con rotor tipo jaula de ardilla, diseñado con características de torque y corriente de arranque que exceden los valores correspondientes al diseño NEMA B, son usados para aplicaciones especiales donde se requiere un torque máximo mayor que el normal, para satisfacer los requerimientos de sobrecargas de corta duración.

Estos motores también son aplicados a cargas que requieren deslizamientos nominales muy bajos y del orden del 1% o menos (velocidades casi constantes).

3 Motor de diseño NEMA B

Torque normal, corriente de arranque normal y deslizamiento nominal normal.

Son motores con rotor tipo jaula de ardilla diseñados con características de torque y corriente de arranque normales, así como un bajo deslizamiento de carga de aproximadamente 4% como máximo. En general es el motor típico dentro del rango de 1 a 125 HP. El deslizamiento a plena carga es de aproximadamente 3%.

Este tipo de motor proporcionará un arranque y una aceleración suave para la mayoría de las cargas y también puede resistir temporalmente picos elevados de carga sin detenerse.

4 Motor de diseño NEMA C

Torque alto, deslizamiento nominal normal, corriente de arranque normal. Son motores de inducción con rotor de doble jaula de ardilla, que desarrollan un alto torque de arranque y por ello son utilizados para cargas de arranque pesado. Estos motores tienen un deslizamiento nominal menor que el 5%.

5 Motor de diseño NEMA D

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

Este motor combina un alto torque de arranque con un alto deslizamiento nominal. Generalmente se presentan dos tipos de diseño, uno con deslizamiento nominal de 5 a 8% y otro con deslizamiento nominal de 8 a 13%. Cuando el deslizamiento nominal puede ser mayor del 13%, se les denomina motores de alto deslizamiento o muy alto deslizamiento (ULTRA HIGH SLIP). El torque de arranque es generalmente de 2 a 3 veces el par nominal aunque para aplicaciones especiales puede ser más alto. Estos motores son recomendados para cargas cíclicas y para cargas de corta duración con frecuentes arranques y paradas.

6 Motores de diseño NEMA F

Torque de arranque bajo, corriente de arranque baja, bajo deslizamiento nominal.

Son motores poco usados, destinándose a cargas con frecuentes arranques. Pueden ser de altos torques y se utiliza en casos en los que es importante limitar la corriente de arranque.

Otras Clasifícaciones

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Para casos especiales en que se necesitan características especiales que no se encuentran en la clasificación NEMA, tenemos los siguientes tipos de motor:

7 Motores con rotor de jaula para mecanismos elevadores

En el servicio de los mecanismos elevadores, raras veces los motores funcionan durante largo tiempo a plena velocidad de rotación. No tiene por tanto, gran importancia que exista una elevada pérdida de velocidad (deslizamiento elevado). Debido a ello, es posible fabricar los motores con una capacidad de deslizamiento máximo mayor. De esta manera resulta un arranque elástico.

Para el servicio de los mecanismos elevadores, los motores con rotor dejaula se construyen con capacidad de entrega de torque de las clases KL 13h y KL 16h es decir, que el motor puede arrancar con seguridad venciendo un par resistente del 130% o del 160% del par nominal. La letra "h" indica que el curso de la característica del par motor se ha adaptado a las condiciones particulares del servicio de ésta clase de mecanismos.

Por ejemplo, con una duración de conexión del 40%, estos motores, en lo que afecta a la potencia, ofrecen un par de arranque doble o triple del normal y una intensidad de arranque aproximadamente cuatro o cinco veces mayor que la normal. En este caso, el par de arranque es el par máximo que puede presentarse en la gama comprendida entre el estado de reposo y la velocidad de rotación nominal.

8 Motores con rotor de jaula para accionamiento de prensas

Para accionar prensas con grados de inercia elevados, se utilizan frecuentemente motores provistos de rotores llamados de deslizamiento o de resistencia. Estos motores tienen una capacidad aproximadamente a sólo el 80% de la potencia nominal normal, y presentan un deslizamiento igual al doble de lo normal.

La clasificación del torque es, por ejemplo, KLI OS (rotor de deslizamiento). Los motores tienen un torque de arranque de 1,7 veces el torque nominal (aproximadamente) y absorben una intensidad inicial en el arranque que es igual a unas cuatro veces la intensidad nominal.

9 Motores de muy alto deslizamiento para unidades de bombeo de petróleo

El motor de muy alto deslizamiento está específicamente diseñado para impulsar unidades de bombeo de petróleo tipo balancín por varilla de succión.

Este es un motor asíncrono trifásico de rotor bobinado; sus características eléctricas y mecánicas son diseñadas para tener un óptimo comportamiento, libre de fallas, en el duro trabajo de los campos petroleros. Poseen características que los hacen superiores a los motores con diseño NEMA D y con deslizamientos nominales del 5 al 8%.

Considerando las características particulares, como el funcionamiento y la instalación a la intemperie en zonas polvorientas, con lluvia y alta humedad relativa, etc., donde deben funcionar durante largo tiempo casi sin mantenimiento, estos motores se construyen completamente cerrados y con ventilación externa. La clase de protección de IP 45 o IP 55 y el aislamiento es de clase F.

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Los motores de muy alto deslizamiento, comúnmente disponen de 9 terminales, lo que permite conectar el motor en cualquiera de las cuatro modalidades de torque: alto, medio, medio-bajo y bajo; para una óptima utilización de la capacidad y para facilitar el esfuerzo operacional en la unidad de bombeo. Se fabrican con torques de arranque promedio 330, 230, 200 y 180% del nominal para sus modalidades de alto, medio, medio-bajo y bajo torque, respectivamente. Mientras que los motores convencionales se fabrican con torques promedio de 200% del nominal. Si en el motor convencional la demanda de torque excede este nivel, el motor arrancará y se frenará. Lo contrario sucede en el motor de muy alto deslizamiento, que, con el aumento de la demanda de torque disminuirá su velocidad a medida que la demanda de torque aumenta. Los motores de muy alto deslizamiento presentan, respecto a los del diseño NEMA D una enorme ventaja: la corriente de arranque es mucho más baja, aproximadamente la mitad, lo que significa caídas de tensión en los bornes del motor mucho menores, requisito sumamente importante para un arranque satisfactorio, pues el torque del motor, como ya se ha visto, varía en forma proporcional con el cuadrado de la tensión en los bornes.

3.4.- El Servo Motor.

Un Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. El servo mantendrá la posición angular del engranaje según sea la señal codificada existente en la línea de entrada. Cuando la señala codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el movimiento de palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan en radio control y por supuesto, en robots. Los Servos son sumamente útiles en robótica. Los motores son pequeños, usualmente tienen internamente una circuitería de control interna y es bastante poderoso para su tamaño. Un servo normal o Standard como el HS-300 de Hitec tiene 42 onzas por pulgada o mejor 3kg por cm. de torque que es bastante fuerte para su tamaño. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, no consume mucha energía. Se muestra la composición interna de un servo motor en el cuadro de abajo.

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En la imagen del servo desmontado que se muestra se puede observar la circuitería de control, el motor, un juego de piñones, y la caja. Tiene además 3 alambres de conexión externa. Uno es para alimentación Vcc (+5volts), conexión a tierra GND y el alambre blanco es el alambre de control. Servo desmontado.

Funcionamiento de un servo El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro (una resistencia variable) esta es conectada al eje central del servo motor. En la figura se puede observar al lado derecho del circuito. Este potenciómetro permite a la circuitería de control, supervisar el ángulo actual del servo motor. Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es el correcto, el motor girará en la dirección adecuada hasta llegar al ángulo correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero varía según el fabricante. Un servo normal se usa para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180 grados. Un servo normal no es mecánicamente capaz de retornar a su lugar, si hay un mayor peso que el sugerido por las especificaciones del fabricante.

La cantidad de voltaje aplicado al motor es proporcional a la distancia que éste necesita viajar. Así, si el eje necesita regresar una distancia grande, el motor regresará a toda velocidad. Si este necesita regresar sólo una pequeña cantidad, el motor correrá a una velocidad más lenta. A esto se le llama control proporcional.

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Codificación del ángulo al cual el servo debe posicionarse El cable de control se usa para comunicar el ángulo. El ángulo está determinado por la duración de un pulso que se aplica al alambre de control. A esto se le llama PCM Modulación codificada de Pulsos. El servo espera ver un pulso cada 20 milisegundos (.02 segundos). La longitud del pulso determinará los giros de motor. Un pulso de 1.5 ms., por ejemplo, hará que el motor se torne a la posición de 90 grados (llamado la posición neutra). Si el pulso es menor de 1.5 ms., entonces el motor se acercará a los 0 grados. Si el pulso es mayor de 1.5ms, el eje se acercará a los 180 grados.

Como se observa en la figura, la duración del pulso indica o dictamina el ángulo del eje (mostrado como un círculo verde con flecha). Nótese que las ilustraciones y los tiempos reales dependen del fabricante de motor. El principio, sin embargo, es el mismo. Para los Hitec: 0.50 ms = 0 grados, 1.50 ms = 90 grados y 2.5 ms = 180 grados. NEUTRAL 0 GRADOS 180 GRADOS Características generales: Los servos generalmente tienen un amplificador, servo motor, piñonería de reducción y un potenciómetro de realimentación; todo incorporado en el mismo conjunto. Un servo de posición (lo cual significa que uno le indica a qué posición debe ir), con un rango de aproximadamente 180 grados. Tienen tres cables de conexión eléctrica; Vcc, GND, y entrada de control. Especificaciones de los CABLES según fabricantes. Los cables del servo son normalmente codificados en colores como en el esquemático. Hitec, Futaba y Hobbico usan la misma convención. JR y Graupner tienen el control de

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color Naranja (pero el orden de la instalación eléctrica es igual que Futaba). Otros como Sanwa (Airtronics) tienen la línea de GND azul. Otros Sanwa tienen todos los cables negros, con la raya roja a un lado. El alambre rayado es Vcc, el siguiente es GND y el último es la señal de control (clasificación diferente que Futaba). Los números y las posiciones de los cables en el esquemático son arbitrarias, hay que verificar el servo antes de conectarlo. Una señal de voltaje mal polarizada puede dañar el servo. En la siguiente tabla se expone la disposición de cables de varias marcas que comercializan servos.

disposición de cables

Fabricante +

batt -batt pwm.

Futaba rojo negro blanco Hitech rojo negro amarillo

Graupner/Jr rojo marrón naranja Multiplex rojo negro amarillo Robbe rojo negro blanco

Simprop rojo azul negro Suministro de Voltaje El voltaje nominal es el que un pack de pilas de 4x1.2V de NiCd puede dar; 4.8V. En la práctica, esto puede variar significativamente. Algunas compañías de Servos producen paquetes de pilas de 5 unidades de NiCd, con un voltaje nominal de 6.0V, pero tienen entre 6.5 ~ 7V cuando están recién cargadas. Futaba da especificaciones de Servo velocidad/torque para 6V Consideremos 7V como un máximo seguro. También supongamos que los servos trabajan con un paquete de pilas NiCd de 4 unidades, a 4.4V. Pero la respuesta sería algo lenta. Así que se puede trabajar entre 4.4 V y 7.0 V,. Eso lo decide cada cual. Se suele usar 5V sin problemas. Se puede usar una fuente de voltaje de 5V, incluso usar integrados reguladores, como el 7805; no sólo alimenta el protoboard o su circuito impreso con un buen desempeño, sino que también puede alimentar dos servos. La corriente que requiere depende del tamaño del servo. Normalmente el fabricante indica cual es la corriente que consume el Servo. Eso no significa mucho si todos los servos van a estar moviéndose todo el tiempo. La corriente depende principalmente del torque usado por el servo motor y puede exceder más de un amperio si el servo está enclavado. Es mejor medir las especificaciones del servo.

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4.- Control de motores. Control de un servo motor En este apartado se describen las operaciones (en parte ya comentadas en el apartado anterior 3.4) para realizar el Control de un servo. En resúmen, para controlar un servo tendremos que aplicar un pulso de duración y frecuencia específicos todos los servos disponen de tres cables dos para alimentación Vcc y Gnd y otro cable para aplicar el tren de pulsos de control que harán que el circuito de control diferencial interno ponga el servo en la posición indicada por la anchura del pulso. En el control se ordena un cierto ángulo, medido desde 0 grados. Se envía una serie de pulsos. En un tiempo ON de pulso indica el ángulo al que debe posicionarse; 1ms = 0 grados, 2.0ms = máx. grado (cerca de 120) y algún valor entre ellos da un ángulo de salida proporcional. Generalmente se considera que en 1.5ms está el "centro." Entre límites de 1 ~ 2ms son las recomendaciones de los fabricantes se puede usar un rango mayor de 1.5ms para obtener un ángulo mayor e incluso de 2ms para un ángulo de rendimiento de 180 grados o más. El factor limitante es el tope del potenciómetro y los límites mecánicos construidos en el servo. Un sonido de zumbido normalmente indica que está forzando por encima al servo, entonces debe disminuir un poco. El tiempo de OFF en el servo no es crítico; puede estar alrededor de los 20ms. Hemos usado entre 10ms y 30 ms. Esto no tiene que ser de ésta manera, puede variar de un pulso a otro. Los pulsos que ocurren frecuentemente en el tiempo de OFF pueden interferir con el sincronismo interno del servo y podría escucharse un sonido de zumbido o alguna vibración en el eje. Si el espacio del pulso es mayor de 50ms (depende del fabricante), entonces el servo podría estar en modo SLEEP entre los pulsos. Entraría a funcionar en pasos pequeños y el rendimiento no sería el óptimo. Este es un ejemplo de la señal que debería tener el servo:

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El tiempo de OFF está variando, como se puede observar. Esto no tiene efectos adversos con tal de que esté entre 10 ~ 30ms. El tiempo de ON determina la posición del brazo de salida. Hay que tener mucho cuidado porque hay servos viejos que usan polaridad de pulso invertido (es decir donde tiempo de OFF es importante). De todos modos son difíciles de encontrar en estos días. También, hay algunos servos que tienen el "centro" en posición diferente y rangos de tiempo diferentes. Esto no es lo usual pero en este caso simplemente se cambia su tiempo de pulso o polaridad y el resto es lo mismo. Para girar el servo a los grados que se requieran. Para controlarlo a 30 grados, por ejemplo; se debe calcular la longitud (ancho) del pulso: La premisa básica es que la relación es lineal, por tanto no hay que hacer más que una regla de 3:

En 0 grados =1ms, 120 grados = 2ms => 30 grados =1.16ms. Así, si seguimos enviándole pulsos de 1.16ms, incrementaremos su posición en 30 grados. Si hay una fuerza externa que intenta bloquearlo, el servo intentará resistir activamente (es decir, si el brazo se mueve externamente, el servo dará entradas al motor para corregir el error). También es posible dejar de enviar pulsos después que el servo se ha movido a su posición. Si dejamos de enviar pulsos por más de 50ms (dependiendo del servo), este podría caerse. Esto significa, que este no estaría aplicando ninguna entrada al motor, o activamente resistiendo fuerzas externas; solamente la fricción sostendrá el brazo (del servo) en su lugar.

En la siguiente tabla están indicados los valores de control de varias marcas que comercializan servos.

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Duración pulso (ms)

Fabricante

min. neutra

l. máx.. Hz

Futaba 0.9 1.5 2.1 50 Hitech 0.9 1.5 2.1 50

Graupner/Jr 0.8 1.5 2.2 50

Multiplex 1.05 1.6 2.15 40 Robbe 0.65 1.3 1.95 50

Simprop 1.2 1.7 2.2 50 Un circuito Driver del Servo Esta es una versión. Puede usarse para verificar que ellos funcionen, o para conectarle servos a un Robot. Lo primero para este Driver es encontrar los pulsos requeridos con un osciloscopio para programarlo en un microcontrolador.

Este usa un IC TIMER "Timer" 555. El nombre usual es NE555 o LM555, pero casi todos los fabricantes de IC´s lo han hecho. El circuito esquemático se encuentra en las hojas de datos de los manuales ECG, Nacional Instruments, Motorola u otros, con los valores de resistor/capacitor calculados de las fórmulas. La única diferencia es la presencia del potenciómetro P1, el cual cambia el tiempo constantemente como usted lo mueva. La señal de salida del IC (pin3) tiene mala polaridad. Para Invertir esta, es necesario el transistor. El transistor se conecta en configuración "colector común" y se usa en modo de saturación (esto significa APAGADO ó ENCENDIDO), así podría usar cualquier transistor npn para

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trabajar sin problemas (en este caso el ejemplo usa un C1959Y). Lista de las partes del esquema anterior: R1: 220K R2: 15K R3: 10K R4: 10K P1: 10K C1: 100nF C2: 100nF V1: 4~6V Pilas o baterías 4 AA ó usar una fuente de voltaje a 5 Voltios. Cualquier transistor npn de baja señal. Control de motores para CC El motor eléctrico es un dispositivo electromotriz, esto quiere decir que convierte la energía eléctrica en energía motriz. Todos los motores disponen de un eje de salida para acoplar un engranaje, polea o mecanismo capaz de transmitir el movimiento creado por el motor. El funcionamiento de un motor se basa en la acción de campos magnéticos opuestos que hacen girar el rotor (eje interno) en dirección opuesta al estator (imán externo o bobina), con lo que si sujetamos por medio de soportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el eje de salida será lo único que gire. Para cambiar la dirección de giro en un motor de Corriente Continua tan solo tenemos que invertir la polaridad de la alimentación del motor. Para modificar su velocidad podemos variar su tensión de alimentación con lo que el motor perderá velocidad, pero también perderá par de giro (fuerza) o para no perder par en el eje de salida podemos hacer un circuito modulador de anchura de pulsos (pwm) con una salida a transistor de mas o menos potencia según el motor utilizado.

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5.- Bibliografía • Centro Superior de Informática. Universidad de la Laguna (Tenerife) www.csi.ull.es/~jplatas/web/ca/teoria/tema5-27.htm • Ediciones Técnicas REDE http://www.redeweb.com • Redeya http://www.redeya.com • Tecnocom http://www.tecnocom.biz/noticia.asp?idnoticia=447 • TodoRobot http://todorobot.com.ar • Universidad Católica de Perú http://alek.pucp.edu.pe/cursos/pregrado/iee215/introduccion/introduccion.htm • Universidad de Vigohttp: http://www.aisa.uvigo.es/DOCENCIA/AyRobotica/Motores.pdf • Gran Enciclopedia de la Electrónica. Tomo 1. Ed. Nueva Lente.

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