1

INGENIERÍA MECÁNICA.

Materia:

Circuitos y Máquinas Eléctricas.

Semestre - Grupo - Sistema:

5° Semestre - Grupo “Único” – Escolarizado.

Producto Académico:

Unidad 5: Motores eléctricos. 5.1 Tipos de motores. 5.2 Motores trifásicos. 5.3 Motores de CC. 5.4 Sistemas de control.

Presenta:

.

Docente: .

MEDELLIN DE BRAVO, VER. 27 /NOVIEMBRE /2015.

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR

DE ALVARADO – Campus Medellín

2

Índice

Motores eléctricos……………………………………………………………………………………….3

Objetivo………………………………………………………………………………………………..…4

Introducción…………………………………………………………………………………………...…5

Motor eléctrico (Definición)……………………………………………………………………….……6

Tipos de motores………………………………………………………………………………………..7

Motores trifásicos………………………………………………………………………………….…….9

Motores de CC…………………………………………………………………………………………10

Sistemas de control……………………………………………………………………………………13

Conclusión……………………………………………………………………………………………...17

Bibliografía…………………………………………………………………………………………...…18

3

Unidad 5: Motores eléctricos.

4

Objetivo

El estudiante deberá ser capaz comprender qué es un motor eléctrico, cómo funciona, cómo

se clasifican y el uso de éstos en la industria.

Por otra parte el estudiante deberá aprender el uso de los sistemas de control ya que éstos

son de suma importancia a la hora de manipular máquinas eléctricas o de cualquier otro tipo.

5

Introducción

Hoy en día los motores eléctricos son muy importantes y son los que han revolucionado al

mundo desde su creación.

Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y

particulares. Su uso está generalizado en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles,

bombas, medios de transporte eléctricos, electrodomésticos, esmeriles angulares y otras

herramientas eléctricas, unidades de disco, etc. Los motores eléctricos pueden ser

impulsados por fuentes de corriente continua (DC), y por fuentes de corriente alterna (AC).

Pero ¿por qué son de suma importancia? Pues bien son importantes porque éstos

transforman la energía eléctrica en energía mecánica y hasta ahora son dispositivos que son

más amigables con el medio ambiente, ya que contaminan menos que otras máquinas.

6

Motores eléctricos

El motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica

por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas

eléctricas rotatorias compuestas por un estátor y un rotor.

Elementos que componen a los motores:

1. La carcasa o caja que envuelve las partes eléctricas del motor, es la parte externa.

2. El inductor también llamado estator, (cuando se trata de motores de corriente alterna)

consta de un apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado

estatórico, que es una parte fija y unida a la carcasa.

3. El inducido, llamado rotor cuando se trata de motores de corriente alterna, consta de un

apilado de chapas magnéticas y sobre ellas está enrollado el bobinado rotórico, que

constituye la parte móvil del motor y resulta ser la salida o eje del motor.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía

mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo. Los motores

eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo

ambas tareas, si se diseñan adecuadamente.

Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y

particulares. Su uso está generalizado en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles,

bombas, medios de transporte eléctricos, electrodomésticos, esmeriles angulares y otras

herramientas eléctricas, unidades de disco, etc. Los motores eléctricos pueden ser

impulsados por fuentes de corriente continua (DC), y por fuentes de corriente alterna (AC).

7

5.1 Tipos de motores

Los motores eléctricos se clasifican de acuerdo a la corriente, ya sea que estos sean de

corriente continua o corriente alterna; también los hay universales.

Motores de corriente alterna: se usan mucho en la industria, sobretodo, el motor trifásico

asíncrono de jaula de ardilla.

Motor de jaula de ardilla Motor de CA

Motores de corriente continua: es una máquina que convierte la energía eléctrica en

mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción que se genera del campo

magnético.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos

partes. El estator da soporte mecánico al aparato y contiene los devanados principales de la

máquina, conocidos también con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes

o devanados con hilo de cobre sobre un núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma

cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa mediante

escobillas fijas (conocidas también como carbones).

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.

Suelen utilizarse cuando se necesita precisión en la velocidad, montacargas, locomoción, etc.

8

Motores universales: Los motores universales trabajan con voltajes de corriente continua o

corriente alterna. Tal motor, llamado universal, se utiliza en sierras eléctricas, taladros,

utensilios de cocina, ventiladores, sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se

requiere gran velocidad de giro con cargas débiles o fuerzas resistentes pequeñas. Estos

motores para corriente alterna y directa, incluyendo los universales, se distinguen por su

conmutador devanado y las escobillas. Los componentes de este motor son: Los campos

(estator), la masa (rotor), las escobillas (los excitadores) y las tapas (las cubiertas laterales del

motor). El circuito eléctrico es muy simple, tiene solamente una vía para el paso de la

corriente, porque el circuito está conectado en serie. Su potencial es mayor por tener mayor

flexibilidad en vencer la inercia cuando está en reposo, o sea, tiene un par de arranque

excelente, pero tiene una dificultad, y es que no está construido para su uso continuo o

permanente (durante largos períodos de tiempo).

Motor universal Componentes de un motor universal

9

Dentro de los “motores de corriente alterna” se encuentran los siguientes:

5.2 Motores trifásicos

Motores asíncronos o de inducción: son un tipo de motor de corriente alterna en el que la

corriente eléctrica del rotor necesaria para producir torsión es inducida por inducción

electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de

inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su misma excitación o para todo o

parte de la energía transferida del estator al rotor, como en los universales, DC y motores

grandes síncronos.

Motor asíncrono trifásico de jaula (componentes)

Motores síncronos: son un tipo de motor de corriente alterna en el que la rotación del eje

está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación; el período de rotación es

exactamente igual a un número entero de ciclos de CA. Su velocidad de giro es constante y

depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el

número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de

sincronismo". Este tipo de motor contiene electromagnetos en el estátor del motor que crean

un campo magnético que rota en el tiempo a esta velocidad de sincronismo.

Los motores síncronos son llamados así, porque la velocidad del rotor y la velocidad del

campo magnético del estátor son iguales. Los motores síncronos se usan en máquinas

grandes que tienen una carga variable y necesitan una velocidad constante.

10

5.3 Motores de CC

Los “motores de corriente continua” se clasifican según la forma como estén conectados, en:

Motor serie o motor de excitación en serie: es un tipo de motor eléctrico de corriente

continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en

serie. El voltaje aplicado es constante, mientras que el campo de excitación aumenta con la

carga, puesto que la corriente es la misma corriente de excitación. El flujo aumenta en

proporción a la corriente en la armadura, como el flujo crece con la carga, la velocidad cae a

medida que aumenta esa carga.

Motor eléctrico serie (simbología)

11

Las principales características de este motor son:

Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor de

corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, este

disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es la misma

que en el inducido.

La potencia es casi constante a cualquier velocidad.

Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un

aumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la

fuerza contraelectromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida.

Motor compound (o motor de excitación compuesta): es un motor eléctrico de corriente

continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno

dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito

formado por los bobinados: inducido, inductor serie e inductor auxiliar.

Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt.

Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en

serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.

El flujo del campo serie varía directamente a medida que la corriente de armadura varía, y es

directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se

añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de

esta manera y se denominan como compound acumulativo.

Esto provee una característica de velocidad que no es tan “dura” o plana como la del motor

shunt, ni tan “suave” como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango

de debilitamiento de campo; la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima

velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son

algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un

rango de velocidades amplio.

El motor compound es un motor de excitación o campo independiente con propiedades de

motor serie. El motor da un par constante por medio del campo independiente al que se suma

el campo serie con un valor de carga igual que el del inducido. Cuantos más amperios pasan

por el inducido más campo serie se origina, claro está, siempre sin pasar del consumo

nominal.

12

Motor shunt (o motor de excitación en paralelo): es un motor eléctrico de corriente

continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el

circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar.

Al igual que en las dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas

espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es

muy grande.

En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que en el motor serie

(también uno de los componentes del motor de corriente continua). Al disminuir la intensidad

absorbida, el régimen de giro apenas sufre variación.

Motor eléctrico sin escobillas (o motor brushless): es un motor eléctrico que no emplea

escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor.

Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rozantes. Estos

sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido,

requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el

motor de un polvo que, además, puede ser conductor.

El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua, y otra vez en alterna de

otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente con corriente continua,

eliminado el primer paso. Por este motivo, estos motores de corriente alterna se pueden usar

en aplicaciones de corriente continua, con un rendimiento mucho mayor que un motor de

corriente continua con escobillas. Algunas aplicaciones serían los coches y aviones con

radiocontrol, que funcionan con pilas.

13

5.4 Sistemas de control

Un sistema de control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar,

dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las probabilidades de

fallo y obtener los resultados deseados. Por lo general, se usan sistemas de control industrial

en procesos de producción industriales para controlar equipos o máquinas.

Existen dos clases comunes de sistemas de control, sistemas de lazo abierto y sistemas de

lazo cerrado. En los sistemas de control de lazo abierto la salida se genera dependiendo de la

entrada; mientras que en los sistemas de lazo cerrado la salida depende de las

consideraciones y correcciones realizadas por la retroalimentación. Un sistema de lazo

cerrado es llamado también sistema de control con realimentación.

Objetivos

Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.

Ser eficiente según un criterio preestablecido evitando comportamientos bruscos e

irreales.

Clasificación

Sistema de control de lazo abierto: es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la

señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de

entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el

controlador para que éste pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se

convierte en señal de entrada para el controlador.

Estos sistemas se caracterizan por:

Ser sencillos y de fácil concepto.

Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.

La salida no se compara con la entrada.

Ser afectado por las perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles o intangibles.

La precisión depende de la previa calibración del sistema.

Sistema de control de lazo cerrado: Son los sistemas en los que la acción de control

está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la

retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en

consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las

siguientes circunstancias:

Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.

14

Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no

es capaz de manejar.

Vigilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y requiere una

atención que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con

los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.

Sus características son:

Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.

La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.

Su propiedad de retroalimentación.

Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas.

Tipos de sistemas de control

Los sistemas de control son agrupados en tres tipos básicos:

1. Hechos por el hombre. Como los sistemas eléctricos o electrónicos que están

permanentemente capturando señales de estado del sistema bajo su control y que al

detectar una desviación de los parámetros pre-establecidos del funcionamiento normal

del sistema, actúan mediante sensores y actuadores, para llevar al sistema de vuelta a

sus condiciones operacionales normales de funcionamiento. Un claro ejemplo de este

será un termostato, el cual capta consecutivamente señales de temperatura. En el

momento en que la temperatura desciende o aumenta y sale del rango, este actúa

encendiendo un sistema de refrigeración o de calefacción.

1.1 Por su causalidad pueden ser: causales y no causales. Un sistema es causal si existe

una relación de causalidad entre las salidas y las entradas del sistema, más

explícitamente, entre la salida y los valores futuros de la entrada.

1.2 Según el número de entradas y salidas del sistema, se denominan:por su

comportamiento.

1.2.1 De una entrada y una salida o SISO (single input, single output).

1.2.2 De una entrada y múltiples salidas o SIMO (single input, multiple output).

1.2.3 De múltiples entradas y una salida o MISO (multiple input, single output).

1.2.4 De múltiples entradas y múltiples salidas o MIMO (multiple input, multiple output).

1.3 Según la ecuación que define el sistema, se denomina:

1.3.1 Lineal, si la ecuación diferencial que lo define es lineal.

1.3.2 No lineal, si la ecuación diferencial que lo define es no lineal.

1.4 Las señales o variables de los sistemas dinámicos son función del tiempo. Y de

acuerdo con ello estos sistemas son:

15

1.4.1 De tiempo continuo, si el modelo del sistema es una ecuación diferencial, y por

tanto el tiempo se considera infinitamente divisible. Las variables de tiempo continuo

se denominan también analógicas.

1.4.2 De tiempo discreto, si el sistema está definido por una ecuación por diferencias. El

tiempo se considera dividido en períodos de valor constante. Los valores de las

variables son digitales (sistemas binario, hexadecimal, etc), y su valor solo se

conoce en cada período.

1.4.3 De eventos discretos, si el sistema evoluciona de acuerdo con variables cuyo valor

se conoce al producirse un determinado evento.

1.5 Según la relación entre las variables de los sistemas, diremos que:

1.5.1 Dos sistemas están acoplados, cuando las variables de uno de ellos están

relacionadas con las del otro sistema.

1.5.2 Dos sistemas están desacoplados, si las variables de ambos sistemas no tienen

ninguna relación.

1.6 En función de la evolución de las variables de un sistema en el tiempo y el espacio,

pueden ser:

1.6.1 Estacionarios, cuando sus variables son constantes en el tiempo y en el espacio.

1.6.2 No estacionarios, cuando sus variables no son constantes en el tiempo o en el

espacio.

1.7 Según sea la respuesta del sistema (valor de la salida) respecto a la variación de la

entrada del sistema:

1.7.1 El sistema se considera estable cuando ante cualquier señal de entrada acotada, se

produce una respuesta acotada de la salida.

1.7.2 El sistema se considera inestable cuando existe por lo menos una entrada acotada

que produzca una respuesta no acotada de la salida.

1.8 Si se comparan o no, la entrada y la salida de un sistema, para controlar esta última, el

sistema se denomina:

1.8.1 Sistema en lazo abierto, cuando la salida para ser controlada, no se compara con el

valor de la señal de entrada o señal de referencia.

1.8.2 Sistema en lazo cerrado, cuando la salida para ser controlada, se compara con la

señal de referencia. La señal de salida que es llevada junto a la señal de entrada,

para ser comparada, se denomina señal de feedback o de retroalimentación.

1.9 Según la posibilidad de predecir el comportamiento de un sistema, es decir su

respuesta, se clasifican en:

1.9.1 Sistema determinista, cuando su comportamiento futuro es predecible dentro de

unos límites de tolerancia.

1.9.2 Sistema estocástico, si es imposible predecir el comportamiento futuro. Las

variables del sistema se denominan aleatorias.

2. Naturales, incluyendo sistemas biológicos. Por ejemplo, los movimientos corporales

humanos como el acto de indicar un objeto que incluye como componentes del sistema

16

de control biológico los ojos, el brazo, la mano, el dedo y el cerebro del hombre. En la

entrada se procesa el movimiento y la salida es la dirección hacia la cual se hace

referencia.

3. Cuyos componentes están unos hechos por el hombre y los otros son naturales. Se

encuentra el sistema de control de un hombre que conduce su vehículo. Éste sistema

está compuesto por los ojos, las manos, el cerebro y el vehículo. La entrada se

manifiesta en el rumbo que el conductor debe seguir sobre la vía y la salida es la

dirección actual del automóvil. Otro ejemplo puede ser las decisiones que toma un

político antes de unas elecciones. Éste sistema está compuesto por ojos, cerebro,

oídos, boca. La entrada se manifiesta en las promesas que anuncia el político y la

salida es el grado de aceptación de la propuesta por parte de la población.

17

Conclusión

De lo anterior se puede interpretar que un motor eléctrico es una máquina capaz de convertir

la energía eléctrica a energía mecánica. También los hay reversibles, ósea que pueden

transformar la energía mecánica a energía eléctrica; pero ya en ese caso no funcionarían

como motores, sino más bien como generadores.

El motor eléctrico está formado por la placa de bornes, el estator, rotor, rodamientos, el eje,

bobinado, ventilador y la carcasa.

Un motor eléctrico está formado con polos alternados entre el estator y el rotor, y es ahí donde

se forma un campo magnético el cual provoca el movimiento de rotación del motor eléctrico

(funcionamiento).

También se observa que los motores se clasifica en:

Motores de CC: que se utilizan en casos donde es importante llevar el control de velocidad del

motor. En la industria se usan muy poco y para que funcionen se usan fuentes de

alimentación (pilas o baterías).

Motor de CA: son de suma importantes en la industria, ya que estos equipos se alimentan con

los sistemas de distribución de energías "normales" ósea la corriente alterna.

Motores universales: funcionan con CC pero también tienen la capacidad de funcionar con

AC. En sí se pueden adaptar a cualquiera de las dos corrientes.

La importancia de la aplicación de motores eléctricos es que nos han facilitado muchos

trabajos como por ejemplo en el hogar con los aparatos como la licuadora, el refrigerador, la

lavadora, ventiladores, entre otros más como los medios de transporte; ya que nos han

ayudado a tener un estilo de vida más cómodo, porque antes las personas se llevaban más

tiempo en realizar alguna actividad y desde el invento del motor y el desarrollo de la ingeniería

eléctrica al inventar máquinas y mecanismos con motores pues han facilitado más la vida al

ser humano y por supuesto ya es menos el índice de contaminación.

18

Bibliografía

https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

http://www.nichese.com/motor.html

http://tiposdemotoreselectrico.blogspot.mx/

http://es.slideshare.net/correa7902/el-motor-electrico-13026453

https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_control