Abstract.- In this rehearsal is carried out a brief analysis from all the concerning one to machines of direct current, it is topics like its construction, its operation and the importance each one on its behalves.
I. INTRODUCCIÓN
En este ensayo se tratara temas relacionados a las maquinas DC, como su construcción, los tipos de máquinas que existen y el análisis de su funcionamiento, ya que muchas veces tenemos que tener en cuenta en donde y que utilidad va a tener para saber cómo va a funcionar y que maquina van a usarse.
II. DESARROLLO
1. ANTECEDENTES.
Con el descubrimiento de la ley de la inducción electromagnética por Faraday, empieza la historia de las máquinas eléctricas y hasta mediados de la octava década del siglo pasado, representa en esencia la historia del desarrollo de la máquina de corriente continua. En el curso de este tiempo esta máquina pasó cuatro periodos de desarrollo, a saber:
1) Máquinas tipo magnetoeléctrico con imanes permanentes,
2) Máquinas tipo electromagnético con excitación independiente,
3) Máquinas del mismo tipo con autoexcitación y tipo elemental del inducido, y
4) Máquinas del tipo de polos múltiples con inducido perfeccionado.
El primer periodo de desarrollo de la máquina de corriente continua, que abarca el tiempo desde 1831 hasta
1851, está enlazado ininterrumpidamente con los nombres de los científicos rusos E. J. Lenz y B. S. Jacobi.
El segundo y tercero periodo de desarrollo de la máquina de corriente continua, que abarcan los años de
1851 a 1871, se caracterizan por el paso a las máquinas del tipo electromagnético, al principio, con excitación independiente, y luego, con autoexcitación, y así como por el paso de la máquina bipolar a la multipolar.
En el cuarto período de su desarrollo (de 1871 a 1886) la máquina de corriente continua adquirió los rasgos fundamentales de la construcción moderna. Fueron propuestas y realizadas: la máquina con autoexcitación de Gramme y el inducido de anillo de Pacinotti; el tipo hoy día normal de inducido de tambor (Hefner – Altenek, año 1871); los tipos simples de arrollamientos de lazo y ondulados y sus principales modificaciones, arrollamientos en serie-paralelo de Arnold, arrollamientos mixtos (en pata de rana), conexiones compensadoras de los arrollamientos y los arrollamientos compensadores para compensar reacción del inducido (Mengues, año 1884), polos auxiliares para mejorar la conmutación (Meter. año 1885), divisor de tensión de M. O. Dolivo- Dobrovolski.
Para el desarrollo posterior de las máquinas de corriente continua tuvo gran importancia la creación del convertidor con un inducido de corriente alterna a continua y el convertidor inverso de corriente continua a alterna; la creación de instalaciones potentes según el sistema Leonardo Ilgner para la industria (instalaciones metalúrgicas y máquinas de extracción), instalaciones con convertidores a vapor de mercurio para la alimentación de las máquinas de corriente continua de los dispositivos industriales y los, ferrocarriles electrificados tanto en las subestaciones de tracción, como en las locomotoras eléctricas.
2. CONSTRUCCIÓN
Las Maquinas de corriente continua universalmente o básicamente se componen de dos partes sumamente importantes como son el rotor y el estator, dentro de estas dos partes se alojan muchos más componentes.
Ahora procederemos a hacer una explicación detallada de cada una de las partes:
ESTATOR.-
El estator es una de las partes más importantes ya que es la que contiene a todos los demás componentes de estas máquinas.
El estator como su nombre lo indica es la parte estacionaria o fija de la máquina y la función de este es proporcionar el flujo magnético para que el bobinado del rotor lo utilice para generar el movimiento y este pueda girar.
A continuación se muestra una imagen para una mejor comprensión de lo escrito anteriormente.
Fig. 1. Estator
Partes del estator:
? Armazón o carcaza.- muchos también lo llama yugo, esta parte de la maquina tiene la función de soporte y también sirve como retorno del flujo magnético del rotor.
Fig. 2. Carcaza
? Devanado de excitación.- cabe decir que hay muchas maquinas que en vez de tener devanado de excitación constan de un imán permanente, pero cualquiera de los casos ambos cumplen la misma función, que es proporcionar un campo magnético permanente para que el flujo de este interactúe con el rotor y se produzca movimiento y el rotor gire.
Fig. 3. Devanado de excitación
? Escobillas.- Son hechas básicamente de carbón y están alojadas en los porta escobillas, y estos a su vez en una de las tapas de la carcasa, tienen la misión o función de recibir el potencial del colector de delgas y al estar fijas evitan que se enreden los cables, al ser la interfaz entre el colector de delgas y los componentes externos que van hacer conectados después (cargas.)
Fig. 4. Escobillas.
ROTOR.
El rotor básicamente es la parte móvil de la máquina, esta recepta el flujo que produce el estator para con su bobinado interno (bobinado inducido) también produce un campo magnético que hace que este gire.
Fig. 5. Rotor.
Partes del rotor:
? Eje.- Este componente del rotor es el principal por encontrarse en el centro de rotación siendo así el que transmite la rotación al devanado inducido y colector.
Por lo general está formado por una barra de acero fresado.
? Núcleo.-Por ser parte del rotor, este se encuentra albergado sobre el eje de rotación y por lo general es fabricado por láminas de acero y su importante funcionamiento es el de proporcionar una trayectoria al flujo magnético entre los polos y así lograr que el flujo magnético circule.
Aquí se alojan los devanados inducidos entre las ranuras que quedan en el núcleo
Fig. 6. Núcleo.
? Devanado inducido.- Este consta de bobinas completamente aisladas entre si ubicadas entre las ranuras del núcleo, los terminales de estas bobinas están conectadas eléctricamente al colector.
Fig. 6. Devanado Inducido.
? Colector.-como su nombre lo indica este se conforma por varias laminas denominadas delgas, por esto es denominado colector de delgas.
Este colector de delgas también se encuentra sobre el eje el cual transmite su rotación y se encuentra en permanente contacto con las escobillas por lo cual sufren un ligero desgaste.
El funcionamiento del colector es recoger la tensión que se produce en el devanado inducido y lo transmite a través de las escobillas hasta los terminales.
Fig. 6. Colector de Delgas
3. TIPOS DE EXITACIONES
Los siguientes tipos de excitación que mencionaremos serán los que definan a la maquina cc. y son:
? 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. Este sistema de excitación no se suele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior de corriente.
? De excitación en derivación.- Los devanados inducidos e inductor están conectados en paralelo y alimentados por una fuente común. También se denominan máquinas shunt, y en ellas un aumento de la tensión en el inducido hace aumentar la velocidad de la máquina.
? De excitación en serie.- Los devanados de inducido y el inductor están colocados en serie y alimentados por una misma fuente de tensión. En este tipo de motores existe dependencia entre el par y la velocidad; son motores en los que, al aumentar la corriente de excitación, se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par.
? De excitación compuesta.- También llamados compound, en este caso el devanado de excitación tiene una parte de él en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El arrollamiento en serie con el inducido está constituido por pocas espiras de gran sección, mientras que el otro está formado por un gran número de espiras de pequeña sección. Permite obtener por tanto un motor con las ventajas del motor serie, pero sin sus inconvenientes. Sus curvas características serán intermedias entre las que se obtienen con excitación serie y con excitación en derivación.
4. FUNCIONAMIENTO
Un motor de corriente de continua basa su funcionamiento en la fuerza producida en un conductor a causa de la presencia de un campo magnético B sobre una intensidad de corriente eléctrica I. La expresión que la rige es:
Se obtendrá el valor máximo de fuerza cuando el campo magnético sea perpendicular al conductor y se tendrá una fuerza nula cuando el campo sea paralelo al flujo de corriente eléctrica donde 'l' es la longitud del conductor. El par motor M que se origina tiene un valor.
Esa fuente de campo magnético proviene del devanado inductor. Este es recibido por el devanado inductor, este inductor hace girar el rotor, el cual recibe la corriente eléctrica de la fuente mediante un colector y sistema de escobillas.
El colector es básicamente un conmutador sincronizado con el rotor, que conmuta sus bobinas provocando que el ángulo relativo entre el campo del rotor y el del estator se mantenga, al margen de si el rotor gira o no, permitiendo de esta forma que el par motor sea independiente de la velocidad de giro de la máquina.
Al recibir la corriente eléctrica e iniciar el giro comienza a producirse una variación en el tiempo del flujo magnético por los devanados, produciendo una Fem. Inducida EB que va en sentido contrario a la Fem. introducida por la fuente, e.g, una batería.
Esto nos da como resultado un valor de intensidad resultante:
Cuando el motor inicia su trabajo, este inicialmente esta detenido, existiendo un valor de EB nulo, y teniéndose así un valor de intensidad retórica muy elevada que puede afectar el rotor y producir arcos eléctricos en las escobillas. Para ello se conecta una resistencia en serie en el rotor durante el arranque, excepto en los motores pequeños. Esta resistencia se calcula para que el motor del par nominal en el arranque.
En ciertas condiciones de trabajo, un motor de corriente continua puede ser arrastrado por la carga y entonces funciona como generador. Esto es, el motor absorbe energía cinética de masa giratoria, de manera que la corriente circula ahora en sentido inverso, pues no la suministra la línea, sino que es devuelta a ella, por la Fem. mayor del motor funcionando como generador. Esto reduce la velocidad del motor, teniéndose así un método de frenado. Se puede tener frenado regenerativo cuando la energía retorna a la línea o frenado dinámico cuando la energía se disipa en una resistencia.
APLICACIONES Y VENTAJAS DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA.
Aunque el precio de un motor de corriente continua es considerablemente mayor que el de un motor de inducción de igual potencia, existe una tendencia creciente a emplear motores de corriente continua en aplicaciones especiales.
La gran variedad de la velocidad, junto con su fácil control y la gran flexibilidad de las características par- velocidad del motor de corriente continua, han hecho que en los últimos años se emplee éste cada vez más con máquinas de velocidad variable en las que se necesite amplio margen de velocidad y control fino de las mismas.
Existe un creciente número de procesos industriales que requieren una exactitud en su control o una gama de velocidades que no se puede conseguir con motores de corriente alterna. El motor de corriente continua mantiene un rendimiento alto en un amplio margen de velocidades, lo que junto con su alta capacidad de sobrecarga lo hace más apropiado que el de corriente alterna para muchas aplicaciones. Los motores de corriente continua empleados en juguetes, suelen ser del tipo de imán permanente, proporcionan potencias desde algunos vatios a cientos de vatios. Los empleados en giradiscos, unidades lectoras de CD, y muchos discos de almacenamiento magnético son motores en los que el rotor es de imán fijo y sin escobillas. En estos casos el inductor, está formado por un juego de bobinas fijas, y un circuito electrónico que cambia el sentido de la corriente a cada una de las bobinas para adecuarse al giro del rotor. Este tipo de motores proporciona un buen par de arranque y un eficiente control de la velocidad.
Una última ventaja es la facilidad de inversión de marcha de los motores grandes con cargas de gran inercia, al mismo tiempo que devuelven energía a la línea actuando como generador, lo que ocasiona el frenado y la reducción de velocidad.
Las principales aplicaciones del motor de corriente continua son:
? Trenes de laminación reversibles. Los motores deben de soportar una alta carga. Normalmente se utilizan varios motores que se acoplan en grupos de dos o tres.
? Trenes Konti. Son trenes de laminación en caliente con varios bastidores. En cada uno se va reduciendo más la sección y la velocidad es cada vez mayor.
? Cizallas en trenes de laminación en caliente. Se utilizan motores en derivación.
? Industria del papel. Además de una multitud de máquinas que trabajan a velocidad constante y por lo tanto se equipan con motores de corriente continua, existen accionamientos que exigen par constante en un amplio margen de velocidades.
? Otras aplicaciones son las máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles.
? Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, control de tensión en máquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes
? El motor de corriente continua se usa en grúas que requieran precisión de movimiento con carga variable (cosa casi imposible de conseguir con motores de corriente alterna).
III. BIBLIOGRAFÍA
[1] Irving L. Kosow, MAQUINAS ELECTRICAS Y TRANSFORMADORES. 2DA Edicion.
[2]http://automecanico.com/auto2011/alt1.html.
[3]http://www.infowarehouse.com. ve/pugoz/ingelect/ingelec_motorcc. pdf.
[4]http://www.app.etsit.upm.es/departamentos/teat/asignaturas/labingel/motores%20de%20cc%20de%20iman%20permanente%20y%20r otor_v5.pdf
[5]http://www.cienciaredcreativa.o rg/informes/motor.pdf
Autor:
Kevin Jaramillo
Luis Zhunio
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA CUENCA – ECUADOR