Tema 4 Maq. Electricas

8/17/2019 Tema 4 Maq. Electricas

1/40

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

TEMA - 4


2/40

MOTORES DE C.C.: ASPECTOS GENERALES

Supongamos una dinamo derivación que suministra

energía a una red de tensión constante.

Funcionando como generador:

Llamando i

i

i

R

V E I

−

=

esci VVV +=

escii V I R E V −×−=


3/40

MOTORES DE C.C.: ASPECTOS GENERALES

La máquina suministra una potencia

electromagnética E.Ii y crea un PARRESISTENTE que se opone a larotación, la máquina funcionacomo GENERADOR.

(Reduciendo n o la Ie) entonces Iicambia de sentido, la máquinaproduce una F.C.E.M. que se opone

a Ii y produce un par electromagnético que coincide conel de rotación, la máquina funcionacomo MOTOR.

Si EV

i

El sentido de giro no varía


4/40

MOTORES DE C.C.: ASPECTOSGENERALES

En el funcionamiento como motor se cumple:

escii VlREV +×+=

Multiplicando por Ii:

Potencia eléctrica absorbida por el inducido:

Potencia electromagnética desarrollada por la máquina:

Pérdidas en el cobre del inducido:

Pérdidas en las escobillas:

iesc

2

iiii IVlRIEIV ×+×+×=×

ii IxVP =

ia IEP ×=

2

iiiCu IxRP =

iescesc IxVP =


5/40


El balance de potencias:

P O T E N C I A

E L É C T R I C

A

D E

E N T R A D A

POTENCIAMECÁNICADE SALIDA

P 1 = V . I P2

P a = E . I i

Pm

PFePCu iPescPexc


6/40


El par electromagnético o interno:

60

n2

IEPT

ia

π

×=

ϖ=

Sustituyendo el valor obtenido de E:

Ya obtenida por otro procedimiento en el tema 2. La potencia útil será la electromagnética menos las pérdidas

mecánicas y en el hierro del rotor.

c

pz

60

nE Φ×=

iIzc

p

2

1T ×Φ×

π=

mFea2 PPPP −−=

Í


7/40

MOTORES DE C.C.: CARACTERÍSTICASDE FUNCIONAMIENTO

Dependerán del tipo de excitación:

La gran ventaja es la facilidad de regulación de lavelocidad.

EXCITACIÓNINDEPENDIENTE

AUTOEXCITADAS

E. SERIE

E. DERIVACIÓN

E. COMPUESTA

MOTOR C CONTUNUA


8/40


La expresión de la velocidad:I

E VRi

Ii

Φ×

×−=⇒×+×Φ×=

E

ii

iiEk

RIVnRInkV

nkE

RIEV

E

ii

×Φ×=

×+=


9/40


Φ×

×−

=E

iik

RIVn

Podemos variar la velocidad:Variando el flujo por polo Φ, lo que equivale a variar la

intensidad de excitación Ie.

Variando la tensión de alimentación V.

Variando la resistencia de inducido Ri (añadiendo un

reóstato en serie).Actuando sobre varias de ellas a la vez.

Hoy en día se hace por procedimientos electrónicos(antiguamente con reóstatos)


10/40


Para invertir el sentido de rotación:Se invierte el sentido de corriente en el inductor.

Se invierte el sentido de corriente en el inducido.


11/40


Si se invierten las dos a la vez el sentido de giro novaría:Esto tiene aplicación en el “motor universal”

Se trata de un motor similar al serie de corriente

continua, que se alimenta con corriente alternamonofásica.

Como inductor e inducido están en serie, la corriente seinvierte en los dos a la vez.

M V=~


12/40


El Motor Universal es muy utilizado en lasmáquinas herramienta portátiles.El utilizar corriente alterna hace que:

La conmutación en el colector empeore (aumento de

chisporroteo entre escobillas y colector)El rendimiento empeore (más pérdidas en el hierro)

http://www.fortunecity.es/bohemio/artnouveau/235/rincon/imagenes/radial.jpghttp://www.fortunecity.es/bohemio/artnouveau/235/rincon/imagenes/radial.jpg


13/40


i

iR

EVI

−=

nkEE

×Φ×=

La intensidad de arranque es muy elevada, delorden de 20 veces la de plena carga, ya que:

En el arranque n = 0 → E=0

i

iR

VI =

Ri tiene un valor pequeño.

Es necesario un reóstato de arranque.


14/40

MOTORES DE C.C. CON EXCITACIÓNINDEPENDIENTE Y DERIVACIÓN

Φ×

×−=

E

ii

k

RIVn

REOSTATOARRANQUE

REOSTATOARRANQUE

REOSTATOEXCITACIÓN

REOSTATOEXCITACIÓN

EXCITACIÓN INDEPENDIENTE EXCITACIÓN DERIVACIÓN

Tkk

R

k

Vn

2ET

i

E Φ××−

Φ×=

Φ×

=⇒×Φ×=

T

iiT

k

TIIkT

M

M


15/40


Tkk

R

k

V

n 2ET

i

E Φ××−

Φ×=

2

ET

i

k k

R

Φ××

Ecuación de una recta de pendiente negativa

CARACTERÍSTICA NATURAL DE LA MÁQUINA

T

n

no

nn

Tn

Ó


16/40


Si aumenta el par resistente o de carga: Disminuye la velocidad n.

Disminuye E=KE.Φ.n

Aumenta Ii= (V-E)/Ri Aumenta el par T=KT.Φ.Ii Hasta que se restablece el equilibrio entre el par motor y el par

resistente.

En estos motores la velocidad disminuye poco con la carga

por lo que se utilizan en aplicaciones de velocidad casiconstante como: Ventiladores.

Bombas centrífugas.

Cintas transportadoras.

Ó


17/40


REGULACIÓN DE VELOCIDAD POR CAMBIO DETENSIÓN DEL INDUCIDO

Sólo aplicable a motores con excitación independiente

Tkk

R

k

Vn

2

ET

i

E Φ××

−Φ×

=

VALOR CTE. PARACADA TENSIÓN

VALOR CTE.PENDIENTE DE LA RECTA

Para cada tensión obtenemos una recta paralela

T

n

no

Ó


18/40


REGULACIÓN DE VELOCIDAD POR CAMBIO DE TENSIÓNDEL INDUCIDO

Si reducimos la tensión se reduce la intensidad del inducido, Ii= (V-E)/Ri Se reduce el par, T=KT.Φ.Ii Disminuye la velocidad, por ser superior el par resistente al par motor. Disminuye la f.c.e.m., E=KE.Φ.n

Aumenta la intensidad del inducido, Ii= (V-E)/Ri Aumenta el par motor hasta igualarse con el resistente.

SOLO PODEMOS REDUCIR LA TENSIÓN PORQUE SI LAAUMENTAMOS SE PODRÍAN DAÑAR LOS AISLAMIENTOS

Ó


19/40


REGULACIÓN DE VELOCIDAD POR CAMBIO DERESISTENCIA EN SERIE CON EL INDUCIDO

T

kk

R

k

Vn

2

ET

i

E Φ××

−

Φ×

=

VALOR CTE. PARACADA TENSIÓN VALOR

VARIABLEPENDIENTE DE

LA RECTAT

n

no

Ó


20/40


REGULACIÓN DE VELOCIDAD POR CAMBIO DERESISTENCIA EN SERIE CON EL INDUCIDO

Se produce un fuerte aumento de la pendiente de la recta.

Solución válida tanto para motores de excitación independiente como

derivación. Procedimiento antieconómico al aumentar las pérdidas por efecto

Joule en el circuito del inducido (rendimiento malo)

Por esta razón solo se utiliza en máquinas de pequeña potencia.

Ó


21/40


REGULACIÓN DE VELOCIDAD POR CAMBIO DE RESISTENCIA EN

SERIE CON EL INDUCTOR (REDUCCIÓN DE FLUJO)

Tkk

R

k

Vn

2

ET

i

E Φ××

−Φ×

=

VALOR VARIABLE, VALOR VARIABLEPENDIENTE DE LA RECTA

AL DISMINUIR Ie

DISMINUYEФ

Y AUMENTA LAPENDIENTE

AL DISMINUIR Ie

DISMINUYE ФY AUMENTA LAVELOCIDAD EN

VACÍO

T

n

no

Ó


22/40


REGULACIÓN DE VELOCIDAD POR CAMBIO DERESISTENCIA EN SERIE CON EL INDUCTOR

Al aumentar la resitencia en serie con el inductor, disminuye Ie.

Disminuye el flujo Ф.

Disminuye la f.c.e.m. E=KE.Φ.n Aumenta la intensidad del inducido Ii= (V-E)/Ri Aumenta el par motor T=KT.Φ.Ii , aunque disminuya el flujo, ya que

esta disminución es compensada con creces por el aumento de Ii.

Aumenta la velocidad n.

Ó


23/40


RESUMEN: Cuando se requiere una regulación de velocidad amplia se recurre

a la EXCITACIÓN INDEPENDIENTE.

Para reducir la velocidad por debajo de la base se reduce latensión.

Para aumentar la velocidad por encima de la base se reduce laintensidad de excitación.

O O C C CO C C Ó


24/40

MOTOR DE C.C. CON EXCITACIÓNSERIE

iI Ik ×=Φ

Φ×

×−=

E

ii

k

RIVn

iT IkT ×Φ×=

EXCITACIÓN SERIE

REOSTATOARRANQUE

VE

Ii= Ie =I

Ri

IT

i

2

iITkk

TIIkkT

×=⇒××=


25/40

MOTOR DE C.C. CON EXCITACIÓN SERIE

i E

i

I

T

E i E

i

T

i

E

k k

R

T

V

k

k

k

1

k k

R

k

k T k

V n

×−=

×−

××

=

i E

i

I

T

E i E

i

T

i

E

k k

R

T

V

k

k

k

1

k k

R

k

k T k

V n

×−=

×−

××

=

ab


26/40


b

T

V an −=

i E

i

I

T

E i E

i

T

i

E

k k

R

T

V

k

k

k

1

k k

R

k

k T k

V n

×−=

×−

××

=

a b

• Ecuación de una hipérbola.

• Para T = 0 la velocidad t iende a inf in ito.

• Por tanto, nunca debe funcionar en vacío.

n

T

Tarr


27/40


IT

ikk

TI

×=

EN UN MOTOR SERIE: Si se duplica el par resistente:

La intensidad aumenta un 41 %, √2 = 1,41

La velocidad se reduce a un 70 % de la primit iva.

bT

Van −=

MOTOR DE C C CON EXCITACIÓN


28/40


Tkk

R

k

Vn

2

ET

i

E Φ××

−Φ×

=

EN UN MOTOR DERIVACIÓN: Si se duplica el par resistente:

La intensidad se duplica

La velocidad prácticamente no varía.

Φ×=

T

ik

TI



29/40


2

ITiT IkkIkT ××=×Φ×=

EN UN MOTOR SERIE: Al disminuir el par la velocidad crece rápidamente.

La intensidad disminuye lentamente.

Presenta un par de arranque muy elevado, ya que:

Ii en el arranque tiene un valor muy alto al no existir f.c.e.m. E.

Ri y Re son pequeñas por construcción. La única forma de regular la velocidad es variar la tensión de

alimentación.

ei

i

R R

E V I

+

−=



30/40


En el caso de los ferrocarriles y grúas interesan pares dearranque elevados y pares pequeños a velocidad elevada.

Para conseguirlo se sitúa un motor excitación serie en el ejedelantero y otro en el eje trasero.



31/40


i

i

1

iIE

i

E

i

E

iii

I

VC

Ikk

V

k

V

k

IRVn =

××

=

Φ×

≈

Φ×

×−=

2

i2

2

iITiT ICIKKIKT ×=××=×Φ×=

Tenemos dos marchas posibles sin necesidad de recurrir a reducir la

tensión de la línea: MARCHA 1

Los dos motores serie en serie:

MARCHA 2 Los dos motores serie en paralelo:

iII =

2

i2

i

1

ICT

I2

VCn

=

=

2

VVi =

VVi =

iII =

2

i2

i

1

ICT

I

VCn

=

=

Nota: al ser el par cte. La Ii permanece cte.



32/40




33/40




34/40

MOTOR DE C.C. CON EXCITACIÓNCOMPUESTA

Presenta una característica intermedia entre el motor derivación y elserie.

M

MOTOR DE C C SIN ESCOBILLAS


35/40

MOTOR DE C.C. SIN ESCOBILLAS(Brushless Motors)

No disponen de colector:

No se emiten radiaciones electromagnéticas debidas a la conmutación,que puedan producir interferencias con señales de control o detelecomunicación.

No tienen colector y por tanto se reduce el mantenimiento y se elimina elchisporroteo escobilla-delga.

El inductor está en el rotor y es de imanes permanentes.



36/40


Se fabrican para potencias inferiores a 1 kW.

Pueden girar a velocidades muy elevadas (hasta 20.000 r.p.m.).

Se pueden hacer funcionar como motores paso a paso.



37/40




38/40


BRUSHLESSOUTRUNNER(ROTOR EN EL EXTERIOR)



39/40


BRUSHLESSOUTRUNNER(ROTOR EN EL EXTERIOR)



40/40


Documents

Tema 4 Maq. Electricas