Download motores de cd

Motores de CD
(9)
Dr. Pedro Bañuelos Sánchez
MOTORES DE CD
• Existen 5 clases de motores de CD de uso general
–
–
–
–
–
De excitación separada
Con excitación en derivación
De imán permanente
Serie
Compuesto
• Los motores de CD son muy utilizados porque sus características
torque-velocidad pueden ser variadas en un rango muy amplio
manteniendo una alta eficiencia.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN
MOTOR DE CD
Estator o campo
Rotor o inducido
• El voltaje interno generado en un motor de CD
está dado por:
E A  k;
E A  k 'n
ω en rad/s
n en rpm
• Y el par desarrollado:
 ind  kI A
Donde φ es el flujo magnético a través de los devanados y ω es la velocidad
angular de rotación del estator.
• La corriente de campo en una máquina de CD
produce una fuerza magnetomotriz de campo
dada por:
F  NF I F
• La cual produce un flujo en la máquina de
acuerdo con la curva de magnetización.
CURVA DE MAGNETIZACION
MOTORES CD CON EXCITACIÓN
SEPARADA Y MOTORES CD EN
DERIVACION
• Motores CD con excitación separada: su
circuito de campo es alimentado por una
fuente de potencia separada de voltaje
constante
• Motores CD en derivación: su circuito de
campo obtiene su potencia directamente
de los terminales del inducido del motor
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA
EL MOTOR CON EXCITACIÓN
SEPARADA
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA
EL MOTOR EN DERIVACION
VT
IF 
RF
VT  E A  I A RA
Para ambas configuraciones se tiene que:
VT  EA  I A RA
Para un motor en derivación:
- Carga aumenta – el par en carga aumenta y es mayor que el
par inducido – la velocidad angular disminuye y entonces el motor
se frena
- Cuando el motor se frena – El voltaje EA disminuye – La corriente
de armadura IA aumenta – El par inducido aumenta igualando el par
en carga a una velocidad más baja
E A  K ;
VT  E A 
IA 
RA
 ind  kI A 
VT  EA  I A RA
Si
EA  k
VT  k  I A RA
Además, puesto que  ind  kI A
 ind
VT  k 
RA
k
Despejando la velocidad del motor:
 ind
VT


RA
2
k k 
La velocidad depende del torque.
EJERCICIO:
• Un motor en derivación de 50 HP, 250 V,
1200 rpm, con devanados de
compensación, tiene una resistencia del
inducido de 0.6 Ω. Su circuito de campo
tiene una resistencia total (Rajus + RF) de
50 Ω con lo cual produce una velocidad en
vacío de 1200 rpm. Calcular la velocidad
de este motor cuando su corriente de
entrada es de: 100 A, 200 A, y de 300 A.
MOTOR CD SERIE
• Es un motor cuyo devanado de campo
consta de unas pocas vueltas conectadas
en serie con el circuito del inducido
• La corriente del inducido, la corriente de
campo y la corriente de línea son iguales
MOTOR CD SERIE
La ecuación que describe el comportamiento del circuito equivalente es:
VT  E A  I A RA  RS 
- En un motor serie, el flujo es directamente proporcional a la corriente del
inducido.
- Cuando se incrementa la carga, también se incrementa su flujo
En esta máquina, el par inducido está dado por:
 ind  kI A
El flujo es directamente proporcional a la corriente del inducido:
  cI A
Entonces:
 ind  kcI A2
Un motor serie produce mas par por amper que cualquier otro motor de CD.
Se utiliza en elevadores, en motores de tracción eléctrica.
CARACTERÍSTICA PARVELOCIDAD
VT  E A  I A RA  RS 
IA 
 ind
Kc
VT  K 
 ind
Kc
RA  RS 
CARACTERÍSTICA PARVELOCIDAD
 ind
c
RA  RS 
VT  K
 ind  
K
Kc
Así que:


RA  RS 
VT

Kc
Kc  ind
• Cuando el par de un motor serie tiende a
cero, su velocidad tiende a infinito
• Si no se conecta carga al motor éste
puede girar con mucha velocidad y
producir un daño permanente a la
máquina
• ¡Nunca trabajar al motor serie sin carga!
EJERCICIO:
• Un motor CD serie tiene una fuente de
250 V y una resistencia total serie RA+Rs
de 0.08 Ω. El campo serie consta de 25
vueltas por polo y tiene la curva de
magnetización mostrada en la figura 9-22.
Encontrar la velocidad y el par inducido de
este motor cuando la corriente del
inducido es 50 A.
CONTROL DE VELOCIDAD DE
MOTORES CD EN SERIE
• Existe solo una forma de variar la
velocidad de un motor CD serie: Cambiar
el voltaje en los terminales del mismo.
• Si se aumenta el voltaje en los terminales
del motor, la velocidad aumenta a
cualquier par dado
• La velocidad también puede ser
controlada por una resistencia en serie
con el motor, solo que se pierde potencia!
MOTOR CD COMPUESTO
• Es aquel que tiene un campo en
derivación y un campo en serie.
• Para el siguiente circuito, los puntos que
se marcan en las bobinas de campo
tienen el mismo significado que los
marcados en un transformador: La
corriente que fluye hacia dentro, por el
punto, produce una fuerza magnetomotriz
positiva.
MOTOR CD COMPUESTO
Derivación
Larga
Derivación
corta
Por Kirchhoff:
VT  E A  I A RA  RS 
I A  IL  IF
VT
IF 
RF
La fuerza magnetomotriz neta y la corriente efectiva del campo en
derivación en el motor compuesto están dadas por:
Fnet  FF  FSE
N SE
I  IF 
IA
NF
*
F
NSE : devanado serie; NF : devanado derivación
* El signo positivo es para motor compuesto acumulativo
* El signo negativo es para motor compuesto diferencial
CARACTERÍSTICA PAR-VELOCIDAD
DE MOTOR CD COMPUESTO
ACUMULATIVO
• Hay una componente de flujo que es
constante y otra componente que es
proporcional a la corriente del inducido.
• Este motor tiene un par de arranque
mayor que un motor en derivación, pero
menor que uno en serie
CARACTERÍSTICA PARVELOCIDAD DE MOTOR CD
COMPUESTO DIFERENCIAL
• Las fuerzas magnetomotrices del campo
en derivación y del campo en serie se
restan una a otra.
• Cuando la carga aumenta en el motor, IA
se incrementa y el flujo en el motor
disminuye, así que la velocidad aumenta.
• Un motor CD compuesto de 100 HP, 250 V,
tiene una resistencia interna, incluidos los
devanados serie de 0.04 Ω. Hay 1000 vueltas por
polo en el campo en derivación y 3 vueltas por polo
en el devanado serie. Su curva de magnetización se
muestra en la figura 9-9. En vacío, la resistencia de
campo ha sido ajustada para hacer girar el motor a
1200 rpm. Las pérdidas en el núcleo, mecánicas y
misceláneas se pueden despreciar. Cuál es la corriente
del campo en derivación de ésta máquina, en vacío?
Si está en compuesto acumulativo, encontrar la
velocidad cuando IA=200 A.
MOTOR CD DE IMANES
PERMANENTES
• Es un motor cuyos polos están hechos de
imanes permanentes. Estos motores no
requieren de circuito de campo externo.
• No tienen pérdidas en el cobre del circuito
de campo asociadas con los motores CD
en derivación.
• Son motores pequeños de caballaje
fraccional