T12 - Motor Monofásico Serie de Colector

5/13/2018 T12 - Motor Monof sico Serie de Colector - slidepdf.com

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Prof. Ing. Mario Guillermo Macri

Motor Monofásico Serie de Colector (MMSC)




Tipos de MMSC

1) Motor serie Universal (Electrodomésticos y máquinas herramientas)

2) Motor serie Compensado (Tracción eléctrica)

No poseen devanadocompensador




Estructura magnética y devanados de campo




El motor de CC funcionando en CA es una carga RL con un pésimocosφ debido a las inductancias en serie.

Existe una importante Fem transformatriz en las bobinas que estánconmutando, lo que produce un grado de chispeo destructivo einaceptable

El motor de CC no puede usarse en CA a pesar de que el par electromagnético produce un giro del rotor: en cada semiciclo seinvierte el flujo y la corriente resultando un par unidireccional.

Motor de CC serie funcionando en CA




Tensiones inducidas con exitación de CA alterna

Con el rotor detenido ω = 0La Fem rotacional es cero.Solo se induce una tensión por acción transformatriz que esalterna (Eest= E.cosα)

Con el rotor girando La Femrotacional no es cero.Se induce una tensión por acción rotacional que esalterna (Edin= E.cosα)

La Fem total con CA es E = sqrt(Eest + Edin)

La Fem dinámica es la Femllamada rotacional)




Ecuaciones de equilibrio de tensiones

U = -Erot + I (Rs + jXL)

i

Rf Lf Ra La

Eje d

Eje q

v

Rc Lcφ comp

φ Sd

φ




Diagrama Fasorial

U

ϕ

IRS -Erot =- keφ sd w r

ϕ

Etq = 4.44f 1Naφ rq

Etd = 4.44f rNaφ Sd

Iφ sd φ rq

-Etd

-Etq

Erot = keφ sdw r

φ comp= - φ rq

U = -Erot + I Rs + I XL

Etd Fen transformatriz debida a Φsd

Etq Fem transformatriz debida a Φsq

Ecomp = - EtqErot: Fem producida por la rotaciónde los conductores en el campomagnético (senoidalmente variable)

en fase con el flujo que la produce

i

Rf Lf Ra La

Eje d

Eje q

v

Rc Lcφ comp

φ Sd

r

Fem CompensadoraEcomp= -Etq




Diagrama Fasorial

U

ϕ


ϕ



Iφ sd φ rq

-Etd

-Etq

Erot = keφ sdw r

φ comp= - φ rq

U = -Erot + I (Rs + jXL)

U

ϕ

IbRS -Erot = 0

ϕ



Ibφ sd φ rq

-Etd

-Etq

Erot = keφ sdw r =0

φ comp= - φ rq

Al arranque cosφ ≈ 0 La velocidad elevadamejora el cosφ ≈ 0

U = Ib (Rs + jXL)




Reducción del angulo φ disminuyendo Ns yaumentando Na y compensando su efecto

I R E

LI w

tan S rot +=1

ϕ

Se puede reducir la inductancia del campo serie LS = f (N2), disminuyendo el

número de espiras NS, lo que disminuirá la Fmm NSI y con ello el flujo y el par.

Par mantener el par se aumenta la inductancia de armadura La incrementando

el número de espiras Na lo que aumentará la reacción de armadura.

La inductancia total no se modificará substancialmente debido a que sedisminuye la inductancia de un devanado pero aumentando la del otro.

Nada se ganaría con usar un campo débil y una armadura reforzada si no fuera

posible compensar la reactancia de la armadura debida al flujo transversalproducido por los ampere vueltas de armadura. Esto puede lograrse con eldevanado compensador




Reducción del angulo φ por reducciópor de la frecuencia

I R E

LI wtan

S rot +=

1

ϕ

Se puede disminuir w 1 bajando la frecuencia de alimentación.

No es posible diseñar motores en serie para C.A. satisfactorios para frecuenciassuperiores a los 25 ciclos, excepto los de menor tamaño (Motores Universales de 50Hz).

La frecuencia de 25 Hz es normal en Estados Unidos para los sistemas de tracciónque utilizan estos motores.

En Europa en cambio se utiliza una frecuencia mas baja aún, de 16 2/3 Hz.




Reducción del angulo φ por incremento de latensión rotacional Erot

I R E

LI wtan

S rot +=

1

ϕ

Para tener una tensión rotacional alta, Erot

= ke

ΦSdw

r la velocidad debe ser elevada

Como se diseña con el campo serie de pocas vueltas según se menciono, el flujo Sd es

bajo y por consiguiente la velocidad eléctrica w r debe ser alta.

Por ello deben tener varios pares de polos, y trabajar a grandes velocidades de

rotación, (estos motores funcionan con velocidades que pueden variar dependiendodel estado de carga entre 1500 a 15000 v/min aproximadamente)




Devanado de compensación

Si el motor está sobrecompensado, la Fem de compensación es mayor que la transformatriz de

armadura Etq que debe anular y se suma a - Etd empeorando el factor de potencia

Si el motor está subcompensado, no se anula totalmente la Fem transformatriz de armadura Etq

que debe anular y el remanente se suma a - E td y no se obtiene el factor de potencia optimo.

U

ϕ


ϕ


Iφ sd φ rq

-Etd

Erot = keφ sdw r

φ comp= - φ rq

La Etq es anuladapor la EcompEcomp = - Etq

U

ϕ


ϕ



Iφ sd φ rq

-Etd

Ecomp

Erot = keφ sdw r

φ comp= - φ rq

Diagrama fasorial del motor compensado



1 1.005 1.01 1.015 1.02 - 2

- 1

0

1

2

3

4

5

6

tiempo

te

ia

φ sd


Par electromagnético

( )

( )

=

+=

wt

wt I i

SdmSd

ama

sen

sen

φ φ

γ ( )γ φ φ +== wt wt I k ik te am sSdmmaSd m sensen

Caso de γ = 0

−=== wt

I k I k wt I k ik te

amSd mamSd m

amSd maSd m 2cos22

sen2

φ φ φ φ

Si γ = 0 queda:

Etb

φ sd

I -I'b

Ih+f Im

Ib

γ

Erot

Eb

wLb

Pulsos frenantes

1 1.005 1.01 1.015 1.02 - 2

- 1

0

1

2

3

4

5

6

te

φ S d

i a

tiempo




Característica mecánica en CC o CA

U

ϕ


ϕ



Iφ sd φ rq

-Etd

-Etq

Erot = keφ sdw r

φ comp= - φ rq




Características estacionarias




Comparación con otros motores




Control electrónico

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