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Motores de Corriente Directa Fuerza Contraelectromotriz - Unlocked
Motores de Corriente Directa Fuerza Contraelectromotriz - Unlocked
Motores de Corriente Directa Fuerza Contraelectromotriz - Unlocked
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MO TO R E S D E C O R R I EN T E D I R EC T A .
Objetivo: Comprender y aplicar el principio de operacin de las mquinas
elctricas de corriente directa.
2.1 Generalidades en motores de corriente directa.
Un motor de corriente directa es otra forma de conectar la mquina de cd, en este caso se
utiliza una fuerza elctrica para transformarla en energa mecnica. Desde hace muchos
aos los motores de cd se han utilizado en diferentes aplicaciones industriales.
La precisin en su control de velocidad los hace indispensable en muchas aplicaciones.
Algunos ejemplos de su utilizacin son: elevadores, malacates, ventiladores, bombas,
prensas y aplicaciones marinas; tambin son utilizados en industrias como la del papel,
plstico, aceros, minas, automotriz y textiles por mencionar algunas.
La construccin de un motor de cd, es similar a la de un generador de cd por tratarse de la
misma mquina.
Su principio de funcionamiento se basa en la aplicacin de diferentes leyes tales como la
ley de induccin electromagntica de Faraday, ley de Lenz y la ley de Ampere.
El motor de cd tiene tambin dos circuitos principales para su funcionamiento: el circuito
de campo o estator y el circuito de la armadura o rotor. El voltaje es suministrado a la
armadura a travs de las escobillas y el conmutador (Ver figura 2.1) [1]-[3].
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Figura 2.4 Produccin de par en una bobina de una espira. (I. L. Kosow, Mquinas elctricas y
transformadores, pg.110).
El par, tambin conocido como momento de torsin, se define como la tendencia de una
fuerza y su distancia radial al eje de rotacin a provocar un giro. Se indica en unidades de
fuerza por longitud y no debe ser confundido con trabajo.
El par producido en la mquina es el producto del flujo y la corriente en la mquina,
multiplicado por una constante que representa la construccin mecnica de la mquina.
As la fuerza electromagntica producida en un conductor dado de armadura portador de
corriente queda definido por:
F = Bil
Donde:
B = campo magntico
i = intensidad de corriente elctrica en el conductor
l= longitud del conductor
= rFsen
Donde:
r = distancia radial al eje de rotacin.
F= fuerza por conductor.
= ngulo entre r y F.
Densidad de flujo.
Fuerza contraelectromotriz.
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Figura 2.5 Fuerza contraelectromotriz producida en el motor de corriente directa. (Siemens, Components
in DC motors/Electrical Training Courses: Power distribution, motor & Controls, Adaptado por el autor).
En el punto de equilibrio el par producido por el motor es igual al par requerido por la carga
para mantener una velocidad constante.
Si el motor es frenado por el aumento de carga, el par del motor es superior al par
demandado por la carga. El motor acelerar regresando al punto de equilibrio. Si la carga
disminuye y aumenta la velocidad del motor hasta arriba del punto de equilibrio, la fuerza
de torsin del motor ser menor que la fuerza de torsin requerida por la carga. El motor
desacelerar hasta llegar al punto de equilibrio [1], [4]-[10].
Motor de cd en derivacin .
Motor de cd de imn permanente.
Motor de cd en serie.
Motor de cd compuesto.
Para fines de este curso nicamente se analizarn los motores con excitacin serie, en
derivacin y compuesto [1], [6]-[13].
Los motores serie tienen como caracterstica principal que desarrollan un gran par
de arranque, sin embargo su velocidad vara considerablemente cuando se operan a
plena carga y en vaco, llegando incluso a desbocarse si se trabajar sin carga,
provocando con ello la destruccin del mismo, de ah que se sugiere operarlo
siempre con carga conectada aunque esta sea ligera.
Por lo tanto este tipo de motor no se recomienda utilizar cuando se desea tener
velocidad constante ante una variacin en la carga.
En la figura 2.8 se muestra el circuito equivalente para este tipo de motor serie, en la
cual se aprecia que si aplicamos la ley de Voltajes de Kirchhoff, se obtiene:
Vt = E A + I A (R A + Rs )
.
En la figura 2.9 se presentan las caractersticas tpicas de par-velocidad y parcorriente en un motor serie.
IA =IL =I
S
VT = E A + I A (R A + RS )
Figura 2.8 Circuito equivalente de un motor de cd con excitacin serie.
(S. J. Chapman, Mquinas elctricas, pg. 563).
Figura 2.10 Motor en derivacin de corriente directa. (Siemens, Components in DC motors/Electrical Training
Courses: Power distribution, motor & Controls, Adaptado por el autor).
En este tipo de motor cuando se le aplica una carga de manera repentina al eje, la
pequea corriente sin carga que circula por la mquina no es suficiente para
producir un par suficiente para soportar la carga y como consecuencia el motor
tiende a desacelerar. Lo cual provoca que la fcem disminuya dando como resultado
una corriente mayor y un par tambin ms alto. Cuando el par o momento de torsin
del motor es igual al par demandado por la carga, la velocidad permanece constante.
Por consiguiente cuando la carga mecnica se incrementa, la corriente en el
inducido se incrementa y la velocidad disminuye. En la figura 2.11 se puede
observar las caractersticas tpicas de par-velocidad y par-corriente de un motor en
derivacin.
En la figura 2.12 se muestra el circuito equivalente del motor en derivacin, del cual
se deduce que si aplicamos la ley de voltajes de Kirchhoff para el circuito de la
armadura del motor, se obtiene: VT = E A + I A RA
Figura 2.13 Circuito equivalente de los dos motores compuestos. a) con conexin de derivacin larga;
b) con conexin de derivacin corta.
(S. J. Chapman, Mquinas elctricas, pg. 569).
n sc n pc
x100
nsc
Donde:
nsc = velocidad sin carga del motor
npc = velocidad a plena carga del motor
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Esta distribucin del flujo resultante provoca dos grandes efectos en la mquina:
1. El plano neutro se desplaza hacia la izquierda como se muestra en la figura 2.20
(contrario a la direccin de giro de la mquina), provocando chisporroteo en las
escobillas, lo cual indica una deficiente conmutacin.
2. Al ser mayor la densidad de flujo en el punto A, provoca saturacin. En mquinas
de gran capacidad esto puede provocar un funcionamiento inestable.
En resumen, al poner a funcionar un motor de cd no importa el tipo de excitacin que
tenga, el efecto dela reaccin de armadura es reducir el flujo del entrehierro y, dependiendo
del grado de saturacin aumentar la velocidad en la mquina.
Fuentes de consulta
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Siemens, Components in DC motors/Electrical Training Courses: Power
distribution, motor & Controls. (Internet). Recuperado el 10 de febrero de 2009 de:
http://www.sea.siemens.com/step/default.html
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elctricas, Mxico: Pearson Educacin, 2002, Cap. 6, pp. 252-279.
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S. J. Chapman, Fundamentos de mquinas de corriente directa, en Mquinas
elctricas, 4 Ed., Mxico: Mc. Graw Hill, 2005, Cap. 8, pp. 473-527.
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I. L. Kosow, Relaciones de par en la dnamo de cd: Motores de cd, en Mquinas
elctricas y transformadores, 2 Ed., Mxico: Pearson educacin, 1993, Cap. 4, pp. 109142.
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S. J. Chapman, Motores y generadores de corriente directa, en
Mquinas elctricas, 4 Ed., Mxico: Mc. Graw Hill, 2005, Cap. 9, pp. 533-620.
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potencia. 6 Ed., Mxico: Pearson, 2007, Cap. 5, pp. 96-118.
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Limusa, 2000, pp 68.
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Matl, Mxico: Mc. Graw Hill, 2002, Cap. 5, pp. 229-310.
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[13] Ch. L. Dawes, El motor en Electricidad industrial, Tomo I, Espaa: Revert,
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Mquinas elctricas y transformadores, 1 Ed., Mxico: Revert, 1998, Cap. 5, pp. 165-185.
Direct current electric motor: Descripcin del funcionamiento. (Internet).
Recuperado el 20 de febrero de 2009 de: http://www.youtube.com/watch?v=Xi7o8cMPI0E
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