EXTRA CLASE DE MANTENIMIENTO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS

Alumno: Mario Rodríguez Vargas Profesor: Luis Fernando Corrales CorralesSección: 5-11

MAQUNAS DE CORRIENTE CONTINUA

La mayoría las máquinas de corriente continua son semejantes a las máquinas de corriente alterna ya que en su interior tienen corrientes y voltajes de corriente alterna. Las máquinas de corriente continua tienen corriente continua sólo en su circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo que convierte los voltajes internos de corriente alterna en voltajes corriente continua en los terminales.

Este mecanismo se llama colector, y por ello las máquinas de corriente continua se conocen también como máquinas con colector.

Hay generadores y motores

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA:

Son aquellos que convierten energía mecánica en energía eléctrica de corriente continua.

Se clasifican en: Generador de excitación

independiente Generador de excitación en paralelo Generador de excitación en serie Generador de excitación compound

GENERADOR 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 seséele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior de corriente.

Conexión:

GENERADOR DE EXITACION EN PARALELO(SHUNT)

Es aquel cuyo bobinado inductor principal esta conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar.

Es mas estable que el motor en serie. En el arranque, par es menor que el

motor en serie.

Conexión:

GENERADOR DE EXCITACIÓN 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.

GENERADOR DE EXCITACIÓN COMPOUND :

El generador con excitación compound tiene la propiedad de que puede trabajar a una tensión prácticamente constante, es decir, casi independiente de la carga conectada a la red, debido a que por la acción del arrollamiento shunt la corriente de excitación tiende a disminuir al aumentar la carga, mientras que la acción del arrollamiento serie es contraria, o sea, que la corriente de excitación tiende a aumentar cuando aumente la carga. Eligiendo convenientemente ambos arrollamientos puede conseguirse que se equilibren sus efectos siendo la acción conjunta una tensión constante cualquiera que sea la carga.

Conexión:

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA: Es una máquina que convierte la energía

eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción del campo magnético.

El principal inconveniente de estas máquinas es el mantenimiento, muy caro y laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas.

Los motores de corriente continua se usan en una amplia variedad de aplicaciones industriales en virtud de la facilidad con la que se puede controlar la velocidad.

Clasificación: los motores de imán permanente y los de campo devanado.

MOTORES DE C.C DE IMÁN PERMANENTE Están en tamaños de fracciones de caballo

y de números pequeños enteros de caballos.

Ventajas: No se necesitan las alimentaciones de energía eléctrica para excitación ni el devanado asociado. Se mejora la confiabilidad, ya que no existen bobinas excitadoras del campo que fallen y no hay probabilidad de que se presente una sobre velocidad debida a pérdida del campo. Se mejoran la eficiencia y el enfriamiento por la eliminación de pérdida de potencia en un campo excitador.

Estos se dividen en los motores de c.c sin escobillas y los servomotores.

MOTORES DE CC CON IMÁN PERMANENTE SIN ESCOBILLAS Los sin escobillas tienen una armadura estacionaria

y una estructura rotatoria del campo, exactamente en forma opuesta a como están dispuestos esos elementos en los motores convencionales de corriente directa. Esta construcción aumenta la rapidez de disipación del calor y reduce la inercia del rotor. Imanes permanentes suministran el flujo magnético para el campo. La corriente directa hacia la armadura se conmuta con transistores, en vez de las escobillas y las delgas del colector de los motores convencionales de corriente directa. Es normal que las armaduras de los motores de corriente continua sin escobillas contengan de dos a seis bobinas, en tanto que las armaduras de los motores convencionales de corriente continua contienen de 10 a 50. Los motores sin escobillas tienen menos bobinas porque se requieren dos o cuatro transistores para conmutar cada bobina del motor.

•Los transistores que controlan cada devanado de un motor sin escobillas de corriente continua se activan y desactivan a ángulos específicos del rotor. Los transistores suministran pulsos de comente a los devanados de la armadura, los cuales son semejantes a los que suministra un conmutador.

MOTORES DE CC CON IMÁN PERMANENTE, SERVOMOTORES

Son motores de alto rendimiento que por lo general se usan como motores primarios en computadoras, maquinaria controlada numéricamente u otras aplicaciones en donde el arranque y la detención se deben hacer con rapidez y exactitud.

Estos responden con gran rapidez a los cambios de voltaje de excitación.

El rotor de un motor acorazado consta de una coraza cilíndrica de bobinas de alambre de cobre o de aluminio. El alambre gira en un campo magnético en el espacio anular entre las piezas polares magnéticas y un núcleo estacionario de hierro. El campo es producido por imanes de fundición de Alnico cuyo eje magnético es radial. El motor puede tener dos, cuatro o seis polos.

MOTORES DE C.C CON CAMPO DEVANADO

En este tipo de motores se dividen en varios tipos:

Motor derivación Devanado en serie Motor compound

MOTOR EN DERIVACIÓN: En este tipo de motor la

velocidad no disminuye solo ligeramente cuando el par aumenta.  

Un motor en derivación es aquel cuyo circuito de campo se obtiene su potencia directamente de las terminales del inducido del motor.

son adecuados para aplicaciones en donde se necesita velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que es necesario un rango apreciable de velocidades

Curvas de velocidad estas pueden variar

MOTOR DE DEVANADO EN SERIE: Los motores con excitación en serie son

aquellos en los que el inductor esta conectado en serie con el inducido. El inductor tiene un número relativamente pequeño de espiras de hilo, que debe ser de sección suficiente para que se pase por él la corriente de régimen que requiere el inducido. En los motores serie, el flujo depende totalmente de la intensidad de la corriente del inducido. Si el hierro del motor se mantiene a saturación moderada, el flujo será casi directamente proporcional a dicha intensidad.

Es el motor cuya velocidad disminuye sensiblemente cuando el par aumenta y cuya velocidad en vacío no tiene límite teóricamente.

•usa en aplicaciones en las que se requiere un alto par de arranque, como en la tracción eléctrica, grúas, malacates, etcétera.

MOTOR COMPOUND El motor cuya velocidad disminuye

cuando el par aumenta y cuya velocidad en vacío es limitada. Las características del motor compound están comprendidas entre las del motor de derivación y las del motor en serie.

El motor en compound es un término medio entre los motores devanados en serie y los de en derivación. En virtud de la existencia del devanado en serie, que ayuda al devanado en derivación, el flujo magnético por polo aumenta con la carga, de modo que el par se incrementa con mayor rapidez y la velocidad disminuye más rápidamente que si no estuviera conectado el devanado en serie; pero el motor no se puede desbocar con cargas ligeras, por la presencia de la excitación en derivación.

La caída de la característica velocidad-par se puede ajustar para que se adecue a En aplicaciones en las que tradicionalmente se emplean motores en compound, podría considerarse el motor PM en los casos en que se necesiten una eficiencia un poco más alta y una mayor capacidad de sobrecarga.

MAQUINAS DE C.C CON EXITANCION INDEPENDIENTE

es el que supone una fuente exterior de alimentación para el arrollamiento inductor.

MAQUINAS DE C.C CON AUTOEXCITACIÓN El sistema de excitación

independiente, solamente se emplea en la práctica en casos especiales debido, sobre todo, al inconveniente de necesitar una fuente independiente de energía eléctrica.

Es cuando un motor se auto excita por el magnetismo remanente.

MAQUINAS CON EXCITACIÓN MIXTA Estas máquinas llevan un arrollamiento de

excitación independiente y un arrollamiento de excitación serie; los efectos de ambos arrollamientos se suman en la máquina. El efecto del arrollamiento de excitación independiente es muy superior al efecto del arrollamiento de excitación serie. Las máquinas con excitación mixta pueden ser también adicionales si se suman los efectos de ambos arrollamientos, o diferenciales cuando dichos efectos son opuestos; en este último caso, el efecto del arrollamiento de excitación independiente, resulta determinante para decidir sobre el sentido de giro de la máquina.

MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA (C.A) Es un conjunto de elementos que

sirve para convertir energía mecánica en energía eléctrica o energía eléctrica en energía mecánica. En el caso de la conversión de energía mecánica en energía eléctrica, la máquina se define como un generador. En el caso de la conversión de energía eléctrica en energía mecánica, la máquina se define con un motor.

Estos pueden ser síncronos y en asíncronos, los cuales los asíncronos se dividen en monofásicos y trifásicos.

GENERADORES ASÍNCRONOS: Es aquel motor de corriente

alterna cuya parte móvil gira a velocidad distinta a la de sincronismo

Los motores de CA asíncronos, tanto monofásicos como trifásicos, son los que tienen una aplicación mas generalizada gracias a su facilidad de utilización, poco mantenimiento y bajo costo de fabricación.

MOTORES ASÍNCRONOS DE INDUCCIÓN El funcionamiento del motor asíncrono de

inducción se basa en la acción del flujo giratorio generado en el circuito estatórico sobre las corrientes inducidas por dicho flujo en el circuito del rotor. El flujo giratorio creado por el bobinado estatórico corta los conductores del rotor, por lo que genera fuerzas electromotrices inducidas.

La velocidad de rotación del rotor en los motores asíncronos de inducción es inferior a la velocidad del sincronismo. Para que se genere una fuerza electromotriz en los conductores del rotor ha de existir un movimiento relativo entre los conductores y el flujo giratorio .

MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS Son los motores en los que el

bobinado inductor colocado en el estator esta formado por tres bobinados independientes desplazados 120° eléctricos entre si y alimentados por un sistema trifásico de C.A hay dos tipos:

Los de rotor en corto circuito (jaula de ardilla)

Rotor bobinado

CONEXIONES DE MOTORES TRIFÁSICOS

Conexión en estrella Conexión en triangulo o delta

CONEXIÓN EN CAJA DE BORNES

Conexión en estrella Conexión en triangulo

MOTOR DE ROTOR EN CORTOCIRCUITO (JAULA DE ARDILLA) El motor de rotor en cortocircuito es el de construcción más

sencilla, de funcionamiento más seguro y de fabricación más económica. Su único inconveniente es el de absorber una elevada intensidad en el arranque a la tensión de funcionamiento.

MOTOR DE ROTOR BOBINADO

En este tipo de motores, el rotor va ranurado igual que el estátor, y en él se coloca un bobinado normalmente trifásico similar al del estátor conectado en estrella y en los extremos libres se conectan a tres anillos de cobre, aisladas y solidarios con el eje del rotor.

CONEXIÓN EN CAJA DE BORNES Y ARRANQUE

Conexión de bornes de motor de rotor bobinado

Arranque de motor de rotor bobinado mediante reóstato conectado en serie con el rotor

ARRANQUE DE MOTORES TRIFÁSICOS

Arranque directo de forma manual

Arranque mediante autotransformador

Arranque mediante resistencia en serie con el estátor

MOTORES DE C.A SÍNCRONOS

Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético del estator es igual a la velocidad de giro del rotor

MOTORES MONOFÁSICOS Estos motores se usan mucho en el ámbito

domestico, por lo que es necesario que estos puedan funcionar en redes monofásicas. Los monofásicos son muy parecidos a los trifásicos, con el inconveniente de que su rendimiento y factor de potencia son inferiores. A igual potencia, el monofásico es más voluminoso que el trifásico y , siempre que las condiciones lo permitan.

Los mas utilizados son: Con bobinado auxiliar de arranque De espira en cortocircuito Universal

MOTOR MONOFÁSICO CON BOBINADO AUXILIAR DE ARRANQUE

Formado por dos circuitos eléctricos y uno magnético.

El circuito magnético esta formado por el por el estátor, donde se coloca el bobinado inductor y el rotor que incorpora el bobinado inducido.

Este utiliza un solo bobinado inductor, recorrido por una corriente alterna que crea un flujo también alterno, pero de dirección constante que, por si solo, no es capaz de hacer girar al rotor .

ESQUEMAS DE CONEXIÓN: Con bobinado

auxiliar

Con bobinado auxiliar y condensador

Puesta en marcha en forma manual

MOTOR MONOFÁSICO DE ESPIRA EN CORTOCIRCUITO Esta constituido por el estátor de polos salientes y un rotor de jaula de ardilla.

En la masa polar se incorpora una espira en cortocircuito que abarca un tercio aproximadamente del polo. Las bobinas rodean las masas polares.

Al alimentar las bobinas polares con una corriente alterna se produce un campo magnético alterno en el polo que por si solo no es capaz de poner en marcha el motor. El flujo que atraviesa la espira genera una fuerza electromotriz inducida que hace que circule una corriente de elevado valor por la espira. Esto crea un flujo propio que se opone al flujo principal. En este sistema se obtiene dos flujos en que el flujo propio estará en retraso respecto del flujo principal, haciendo que el motor gire.

MOTOR UNIVERSAL Es un motor monofásico tanto de corriente continua como de alterna Su constitución es esencialmente la del motor serie de C.C y sus características de

funcionamiento son análogas. El motor serie de c.c se caracteriza por tener una fuente par de arranque y su

velocidad está en función inversa a la carga, el funcionamiento en c.a su aplicación suele ser en motores de pequeña potencia y las perdidas por rozamiento.

Para que un motor de este tipo logre funcionar con corriente alterna, es necesario que el empilado de su inductor sea de chapa magnética para evitar las perdidas en el hierro.

El bobinado inductor de los motores universales suele ser bipolar, con dos bobinas inductoras. El motor universal funciona exactamente igual que un motor serie de c.c , si este motor se alimenta con c.a arranca por si solo, ya que la corriente que recorre el bobinado inductor presenta cien alternancias por segundo, lo mismo que le ocurre a la corriente que recorre el bobinado inducido, por lo que el momento de rotación y el sentido de giro permanece constante

Se usa normalmente en electrodomésticos

CONEXIÓN

MOTORES PASO A PASO Los motores paso a paso se pueden ver como motores

eléctricos sin escobillas. Es típico que todos los bobinados del motor sean parte del estator, y el rotor puede ser un imán permanente o, en el caso de los motores de reluctancia variable (que luego describiremos mejor), un cilindro sólido con un mecanizado en forma de dientes (similar a un engranaje), construido con un material magnéticamente "blando" (como el hierro dulce).

no giran libremente por sí mismos. Los motores paso a paso, como lo indica su nombre, avanzan girando por pequeños pasos. También difieren de los motores de CC en la relación entre velocidad y torque (un parámetro que también es llamado "par motor" y "par de giro"). Los motores de CC no son buenos para ofrecer un buen torque a baja velocidad sin la ayuda de un mecanismo de reducción. Los motores paso a paso, en cambio, trabajan de manera opuesta: su mayor capacidad de torque se produce a baja velocidad.

Se dividen en: imán permanente y reluctancia variable.

MOTOR DE PASO A PASO DE IMÁN PERMANENTE Los motores paso a

paso de imán permanente se dividen a su vez en distintos tipos, diferenciados por el tipo de bobinado. Existen entonces motores paso a paso de imán permanente unipolares ,  bipolares.

MOTOR PASO A PASO DE IMÁN PERMANENTE UNIPOLAR:

Los motores unipolares son relativamente fáciles de controlar, gracias a que poseen devanados duplicados. Aunque para facilitar el esquema se dibuja este devanado como una bobina con punto medio, en realidad tienen dos bobinas en cada eje del estator, que están unidas por extremos opuestos, de tal modo que al ser alimentada una u otra, generan cada una un campo magnético inverso al de la otra. Nunca se energizan juntas: por eso lo correcto es decir que tienen una doble bobina, en lugar de decir (como se hace habitualmente) que es una bobina con punto medio. Esta duplicación se hace para facilitar el diseño del circuito de manejo, ya que permite el uso, en la parte de potencia, de un transistor único por cada uno de los bobinados.

MOTOR PASO A PASO DE IMAN PERMANENTE BIPOLAR:

Los motores bipolares requieren circuitos de control y de potencia más complejos. Pero en la actualidad esto no es problema, ya que estos circuitos se suelen implementar en un integrado, que soluciona esta complejidad en un solo componente. Como mucho se deben agregar algunos componentes de potencia, como transistores y diodos para las contracorrientes, aunque esto no es necesario en motores pequeños y medianos.

Como no tienen el doble bobinado de los unipolares (recordemos que en éstos todo el tiempo se está utilizando sólo una de las bobinas duplicadas, mientras la otra queda desactivada y sin ninguna utilidad), los motores bipolares ofrecen una mejor relación entre torque y tamaño/peso

MOTRO DE PASO A PASO DE RELUCTANCIA VARIABLE Los motores de reluctancia

variable son los motores paso a paso más simples de manejar. Su secuencia se limita a activar cada bobinado en orden, como lo indica la figura. Es común que estos motores tengan un cable común que une todas las bobinas. Estos motores, si se los mueven a mano, no tienen la sensación "dentada" de los otros motores paso a paso, sino que se mueven libres, como los motores de corriente continua.

ALTERNADORES: Un 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.

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.