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Actuadores
eléctricos
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Autor: Pablo Audén Tamayo
Asignatura: Ingeniería de máquina
Definición
• Los actuadores son dispositivos (eléctricos) por medio de los cuales
se modifican estados de sistemas como pueden ser: iluminación,
climatización, persianas y motores entre otros.
Para cada tipo de carga existe un determinado tipo de actuador.
Según se trate de un circuito de iluminación, de un motor o de una
válvula, habrá que seleccionar el actuador correspondiente para el
correcto funcionamiento del sistema.
• Son aquellos elementos que pueden
provocar un efecto sobre un proceso de
forma automática
Clasificación general
• Según la energía que
utilizan pueden ser:
• Neumáticos
• Hidráulicos
• Eléctricos
Actuadores eléctricos
• Es un traductor, que transforma señales
eléctrica en movimientos mecánicos
características generales
• Solo requieren de energía eléctrica
• Como solo se necesitan cables para transmitir las
señales. Son muy versátiles
• No hay restricciones de distancia entre la fuente
de poder y el actuador
Ventajas - Desventajas
• Ventajas:
Precisos
Fiables
Fácil control
Sencilla instalación
Silenciosos
• Desventajas:
Potencia limitada
Clasificación
• Dentro de los actuadores eléctricos
pueden distinguirse tres tipos diferentes:
• Motores de corriente continua (DC).
Servomotores
• Motor paso a paso
• Motor de corriente alterna (AC)
Motores de corriente continua
El motor de corriente continua es una
máquina que convierte la energía eléctrica
en mecánica, principalmente mediante el
movimiento rotatorio.
• La principal característica
es la posibilidad de regular la velocidad
desde vacío a plena carga
Principio de funcionamiento
• Principio de funcionamiento
Se basa en la segunda Ley de
Lorentz, un conductor por el que pasa
una corriente eléctrica causa un
campo magnético a su alrededor que
tiende a ser expulsado si se le quiere
introducir en otro campo magnético.
así que las fuerzas magneticas quedan
rechazadas por las bobinas del motor
haciendo que el rotor del motor gire.
•
• F: Fuerza en newtons
• I: Intensidad que recorre
el conductor en amperios
• l: Longitud del conductor
en metros lineales
• B: Inducción en teslas
El motor de C.C. esta constituido
por dos piezas fundamentales
• Rotor: constituye la parte
móvil del motor y proporciona
el torque para mover la carga
• Estator: constituye la
parte fija y su función es
suministrar el flujo magnético
que será usado por el
bobinado del rotor para
realizar el movimiento
giratorio
Servomotores
• Los servos son un tipo especial de motor de c.c.(aunque ya los hay
de c.a.) que se caracterizan por su capacidad para posicionarse de
forma inmediata en cualquier posición dentro de su intervalo de
operación. Para ello, el servomotor espera un tren de pulsos que se
corresponde con el movimiento a realizar
• El resultado es un servo de posición con
un margen de operación de 180°
aproximadamente
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Están generalmente formados:
Amplificador
Un motor
Un sistema reductor :
- por ruedas dentadas
- un circuito de realimentación
(todo en un misma caja de pequeñas dimensiones)
Ejemplo y aplicaciones
Ejemplo y aplicaciones
Motor paso a paso
• es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de
impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que
significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso)
dependiendo de sus entradas de control.
Caracteristicas
• Ventajas
• Desventajas
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•
•
•
es capaz de asegurar un
posicionamiento simple y exacto
ligeros, fiables, y fáciles de
controlar, pues al ser cada estado
de excitación del estator estable,
el control se realiza en bucle
abierto, sin la necesidad de
sensores de realimentación.
Son ideales donde se requiere un
movimiento preciso
•
El funcionamiento a bajas
velocidades no es suave, ya que
existe el peligro de perdida de una
posición por trabajar en bucle
abierto
Tienden a sobrecalentarse
trabajando a velocidades
elevadas y presentan un limite en
el tamaño que pueden alcanzar.
Clasificación
Existen tres tipos de motores paso a paso:
• de imanes permanentes
• de reluctancia variable
• híbridos.
de imanes permanentes
El rotor, que posee una
polarización magnética
constante, gira para orientar
sus polos de acuerdo al campo
magnético creado por las fases
del estator.
Permite mantener un par
diferente de cero cuando el
motor no está energizado.
Dependiendo de la
construcción del motor, es
típicamente posible obtener
pasos angulares de 7.5, 11.25,
15, 18, 45 o 90°. El ángulo de
rotación se determina por el
número de polos en el estator
de reluctancia variable
•
Tiene un rotor multipolar de
hierro y un estator devanado
laminado, y rota cuando los
dientes del rotor son atraídos a
los dientes del estator
electromagnéticamente
energizados. La inercia del
rotor de un motor de paso de
reluctancia variable es pequeña
y la respuesta es muy rápida,
pero la inercia permitida de la
carga es pequeña. Cuando los
devanados no están
energizados, el par estático de
este tipo de motor es cero.
Generalmente, el paso angular
de este motor de paso de
reluctancia variable es de 15°
híbridos.
Combinan el modo de
funcionamiento de
los dos anteriores.
Se caracteriza por
tener varios dientes
en el estator y en el
rotor, el rotor con
un imán concéntrico
magnetizado axialmente alrededor
de su eje. Se puede ver que esta
configuración es una mezcla de los
tipos de reluctancia variable e imán
permanente. Este tipo de motor
tiene una alta precisión y alto par y
se puede configurar para
suministrar un paso angular tan
pequeño como 1.8°.
imán permanente
Estator
Rotor
Ejemplo
híbrido
Motor de corriente alterna (AC)
• Se basa en la utilización de corriente alterna
• La corriente alterna es aquella en que la que la intensidad cambia
de dirección periódicamente en un conductor. como consecuencia
del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en los
extremos de dicho conducto
• La variación de la tensión con el tiempo puede tener diferentes
formas:
senoidal, triangular, trapezoidal….
Corriente alterna senoidal
VENTAJAS DE LA CORRIENTE
ALTERNA
• La corriente alterna presenta ventajas decisivas de cara a la
producción y transporte de la energía eléctrica, respecto a la
corriente continua:
• 1-Generadores y motores mas baratos y eficientes, y menos
complejos
• 2-Posibilidad de transformar su tensión de manera simple y barata
(transformadores)
• 3-Posibilidad de transporte de grandes cantidades de energía a
largas distancias con un mínimo de sección de conductores ( a alta
tensión)
• 4-Posibilidad de motores muy simples, (como el motor de inducción
asíncrono de rotor en cortocircuito)
• 5-Desaparición o minimización de algunos fenómenos eléctricos
indeseables (magnetización en las maquinas, y polarizaciones y
corrosiones electrolíticas en pares metálicos)
• Existen dos tipos fundamentales de
motores de corriente alterna:
• motores asíncronos
• motores síncronos
Motores asincronos
• Son probablemente los más sencillos y robustos de los motores
eléctricos
•
El rotor está constituido por varias barras conductoras dispuestas
paralelamente el eje del motor y por dos anillos conductores en los
extremos. El conjunto es similar a una jaula de ardilla
Principio de funcionamiento
• El estator consta de un conjunto de bobinas, de modo que cuando
la corriente alterna trifásica las atraviesa, se forma un campo
magnético rotatorio en las proximidades del estator. Esto induce
corriente en el rotor, que crea su propio campo magnético. La
interacción entre ambos campos produce un par en el rotor. No
existe conexión eléctrica directa entre estator y rotor
• La frecuencia de la corriente alterna de la alimentación determina la
velocidad a la cual rota el campo magnético del estator. El rotor
sigue a este campo, girando más despacio. la diferencia de
velocidades se denomina deslizamiento
Motores síncronos
• El motor síncrono, como su nombre indica, opera exactamente a la
misma velocidad que el campo del estator, sin deslizamiento.
• El motor síncrono, utiliza el mismo concepto de un campo
magnético giratorio producido por el estator, pero ahora el
rotor consta de electroimanes o de imanes permanentes (PM)
que giran sincrónicamente con el campo del estator
ib
Rotor coils
ia
Stator coil
ic
Motor Asíncrono (Inducción
Motor (AC) Síncrono
Principio de Funcionamiento
ejemplos
Imán permanente
rotor
Los motores de corriente alterna son
utilizados:
fábricas, bombas, ventiladores, compresores,
elevadores, etc.