MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

Juan Enrique Guaranga, Hennry Paul Peña, Davis Córdova

12 de enero de 2016

Escuela de Ingeniería Electrónica en Control y Redes Industriales

Escuela Superior Politécnica de Chimborazo

Riobamba – Ecuador

gjuanete@yahoo.com

Hennry_peña@hotmail.com

Davis_Cordova@hotmail.com

RESUMEN: En el presente documento se desarrollara una breve explicación acerca de los diferentes parámetros que involucran a las máquinas de corriente continua tanto los motores como los generadores como son su construcción, tipos diferencias, métodos de construcción así como un breve rétalo de su historia y todas aquellas variables que debemos tomar en cuenta al momento de elegir una máquina de corriente continua, además de las posibles soluciones y los aspectos que esto implica ante una posible necesidad de la máquina.

PALABRAS CLAVES: campo, estator, flujo, inductor, magnetismo.

1. INTRODUCCION

Las máquinas de c.c. tienen una gran importancia histórica debido a que su empleo como generadores o dinamos representaron el primer procedimiento para producir energía eléctrica a gran escala. Su etapa de desarrollo abarca el período comprendido entre los años 1830 y 1880. EL desarrollo de la máquina de c.c. se centra durante mucho tiempo en la

búsqueda de procedimientos que transforman la c.a inducida en una espira, al girar dentro de un campo magnético, en corriente unidireccional o de polaridad constante (c.c.). La primera idea del conmutador o colector de delgas encargado de la rectificación mecánica de la tensión del devanado del rotor surge en 1831.Sin embargo tuvieron que transcurrir 36 años más para que Gramme construyera en 1867 un dinamo con inducido en anillo dotado de un colector de delgas como lo que actualmente se conoce. Posteriormente surgió la idea del devanado en tambor para aprovechar más eficazmente el arrollamiento del inducido y se propusieron los diferentes métodos de autoexcitación de estas máquinas, de tal forma que en 1886 e llegó a una configuración física, cuyos rasgos fundamentales coinciden con los de las maquinas modernas.

2. MARCO TEORICO

a. DEFINICIÓN

La corriente continua presenta grandes ventajas, entre las cuales está su capacidad para ser almacenada de una forma relativamente sencilla. Esto, junto a una serie de características peculiares de los motores de corriente continua, y de aplicaciones de procesos electrolíticos, tracción eléctrica, entre otros, hacen que existen diversas instalaciones que trabajan basándose en la corriente continua.

FIGURA 1 MAQUINA DE C.CLa mayoría las máquinas de corriente continua son semejantes a las máquinas de corriente alterna ya que en su interior tienen corrientes y voltajes de corriente alterna. Las máquinas de corriente continua tienen corriente continua sólo en su circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo que convierte los voltajes internos de corriente alterna en voltajes corriente continua en los terminales.

Este mecanismo se llama colector, y por ello las máquinas de corriente continua se conocen también como máquinas con colector.

b. TIPOS DE MAQUINAS DC.

Las máquinas de corriente continua son:Generadores: Convierten energía mecánica en energía eléctrica de corriente continua.Motores: Convierten energía eléctrica de corriente continua en energía mecánica.

FIGURA 2 MOTOR DE C.CLos generadores de corriente continua son las mismas máquinas que transforman la energía mecánica en eléctrica. No existe diferencia real entre un generador y un motor, a excepción del sentido de flujo de potencia.

Los generadores se clasifican de acuerdo con la forma en que se provee el flujo de campo, y éstos son de excitación independiente, derivación, serie, excitación compuesta acumulativa y compuesta diferencial, y además difieren de sus características terminales (voltaje, corriente) y por lo tanto en el tipo de utilización.

c. PARTES CONSTITUTIVAS.

FIGURA 3 PARTES CONSTITUTIVAS MAQUINAS C.C

Estator

Formado por una corona de material ferromagnético denominada culata o yugo en cuyo interior, regularmente distribuidos y en número par, van dispuestos unos salientes radiales con una expansión en su extremo, denominados polos, sujetos por tornillos a la culata.

FIGURA 4 ESTATOR Y ROTOR MAQUINAS C.C

Rodeando los polos, se hallan unas bobinas de hilo, o pletina de cobre aislado, cuya misión es, al ser alimentadas por corriente continua, crear el campo magnético inductor de la máquina, el cual presentará alternativamente polaridades norte y sur. Salvo las máquinas de potencia reducida, en general de menos de 1 kW, encontramos también en el estator, alternando los polos antes citados, otros llamados polos de conmutación.

Partes del estator

Yugo.- Es necesario para cerrar el circuito magnético de la máquina. Generalmente está constituido de hierro fundido o de acero.

Polos.- Están fabricados de acero al silicio laminado.

FIGURA 5 POLOS MAQUINAS C.CLas láminas del polo no están aislados entre si debido a que el flujo principal no varía con el tiempo.

Bobinas de Campo.- Están arrollados sobre los polos, el material empleado es el cobre, ya que tiene menor resistividad y por lo tanto menos pérdidas (i²R)

Inter polos.- Están fabricadas de láminas de acero al silicio y llevan un arrollamiento de alambre grueso. La finalidad de los inter polos es evitar chispas en el colector cuando se cortocircuitan las delgas del colector o conmutador, es decir durante el proceso de conmutación.

Rotor

Formado por una columna de material ferromagnético, a base de chapas de hierro, aisladas unas de las otras por una capa de barniz o de óxido. La corona de chapa magnética presenta en su superficie externa un ranurado donde se aloja el devanado inducido de la máquina. Este

devanado está constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente aislados, cerrado sobre sí mismo al conectar el final de la última bobina con el principio de la primera.

FIGURA 6 ROTOR MAQUINA C.C

Partes del rotor

Núcleo de la armadura.- Está constituido por láminas de acero silicio de sección circular. La circunferencia de ranurado para que puedan alojarse los conductores de arrollamiento de armadura. Los conductores y las ranuras generalmente van paralelos el eje pero en otros casos son oblicuos. El hierro de la armadura debe estar laminado y las chapas aisladas entre sí de otra manera el flujo del polo, induce una f.e.m. En el hierro (como lo hace en los conductores) que producirá elevadas corrientes parasitas y las correspondientes pérdidas (i²R) en la superficie del hierro. La laminación del núcleo aumenta la resistencia de los caminos de las corrientes parasitas y reduce la magnitud de las corrientes.

Bobina de Armadura.- Existen 2 tipos de bobinados de armadura las cuales son: el imbricado y el ondulado.

Colector

Constituido esencialmente por piezas planas de cobre duro de sección trapezoidal, llamadas delgas, separadas y aisladas unas de otras por delgadas láminas de mica, formando el conjunto un tubo cilíndrico aprisionado fuertemente. El colector tiene tantas delgas como bobinas posee el devanado inducido de la máquina.

Escobillas

Dispuestas en los porta escobillas, de bronce o latón, que retienen las escobillas que establecerán el enlace eléctrico entre las delgas y el colector y el circuito de corriente continua exterior.

FIGURA 7 ESCOBILLAS MAQUINA C.C

d. CONEXIONADO Y FUNCIONAMIENTO.

MOTOR SERIE: es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo (campo magnético principal) se conecta en serie con la armadura. Este devanado está hecho con un alambre grueso porque tendrá que soportar la corriente total de la armadura.

FIGURA 8 MOTOR SERIE C.CDebido a esto se produce un flujo magnético proporcional a la corriente de armadura (carga del motor). Cuando el motor tiene mucha carga, el campo de serie produce un campo magnético mucho mayor, lo cual permite un esfuerzo de torsión mucho mayor. Sin embargo, la velocidad de giro varía dependiendo del tipo de carga que se tenga (sin carga o con carga completa). Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y pueden acelerar cargas pesadas rápidamente.

MOTOR SHUNT O MOTOR PARALELO: Es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar.

FIGURA 9 MOTOR SHUNT C.CAl 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.

MOTOR COMPOUND: Es un motor 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.

FIGURA 10 MOTOR COMPOUNT C.CEl flujo del campo serie varia 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.

FUNCIONAMIENTO.

En las máquinas de c.c. el inductor está en el estator, que es de polos salientes, y el inducido está en el rotor.

• Ambos devanados se conectan a tensiones continuas, pero el devanado inducido recibe su tensión a través de un colector de delgas, por lo que la corriente que circula por él es alterna (aunque no sinusoidal).

• En estas máquinas el núcleo magnético del rotor se construye apilando chapas magnéticas; pues al girar se ve sometido a un campo magnético variable y, en consecuencia, tiene pérdidas magnéticas. El circuito magnético del estator puede ser de hierro macizo, pues está sometido a un campo magnético constante por lo que carece de pérdidas magnéticas. Aun así, a veces los polos se construyen apilando chapas magnéticas.

• Cuando actúa como generador, en el inducido se generan corrientes alternas que son rectificadas por el colector de delgas, por lo que se suministra tensión continua al exterior.

• Cuando actúa como motor la interacción del campo magnético inductor con las corrientes alternas que circulan por el devanado del rotor produce el giro de éste.

e. VENTAJAS Y DESVENTAJAS.

Ventajas

Aunque el precio de una máquina de corriente continua es considerablemente mayor que el de un motor de inducción de igual potencia, existe una tendencia

creciente a emplear motores de corriente continua en aplicaciones especiales.

La gran variedad de la velocidad, junto con su fácil control y la gran flexibilidad de las características par-velocidad del motor de corriente continua, han hecho que en los últimos años se emplee éste cada vez más con máquinas de velocidad variable en las que se necesite amplio margen de velocidad y control fino de las mismas.

Existe un creciente número de procesos industriales que requieren una exactitud en su control o una gama de velocidades que no se puede conseguir con motores de corriente alterna. El motor de corriente continua mantiene un rendimiento alto en un amplio margen de velocidades, lo que junto con su alta capacidad de sobrecarga lo hace más apropiado que el de corriente alterna para muchas aplicaciones.

Los motores de corriente continua empleados en juguetes, suelen ser del tipo de imán permanente, proporcionan potencias desde algunos vatios a cientos de vatios. Los empleados en giradiscos, unidades lectoras de CD, y muchos discos de almacenamiento magnético son motores en los que el rotor es de imán fijo y sin escobillas. En estos casos el inductor, está formado por un juego de bobinas fijas, y un circuito electrónico que cambia el sentido de la corriente a cada una de las bobinas para adecuarse al giro del rotor. Este tipo de motores proporciona un buen par de arranque y un eficiente control de la velocidad.

Una última ventaja es la facilidad de inversión de marcha de los motores grandes con cargas de gran inercia, al mismo tiempo que devuelven energía a la línea actuando como generador, lo que ocasiona el frenado y la reducción de velocidad.

Desventajas

Mantenimiento caro y laborioso Incapacidad de funcionar a velocidades

bajas. El motor de rotor bobinado, a

diferencia de uno de imán, tiene el problema en que el embobinado necesita una corriente circulando a través de él para que se genere un campo magnético, con lo cual se provoca un desgaste tanto en el embobinado con en el aislamiento. El de imán no tiene este problema.

Los motores con imanes tienen limitaciones en cuanto a la potencia del motor, por la debilidad del imán

f. APLICACIONES.

Trenes de laminación reversibles. Los motores deben de soportar una alta carga. Normalmente se utilizan varios motores que se acoplan en grupos de dos o tres.

Trenes Konti. Son trenes de laminación en caliente con varios bastidores. En cada uno se va reduciendo más la sección y la velocidad es cada vez mayor.

Cizallas en trenes de laminación en caliente. Se utilizan motores en derivación.

Industria del papel. Además de una multitud de máquinas que trabajan a velocidad constante y por lo tanto se equipan con motores de corriente

continua, existen accionamientos que exigen par constante en un amplio margen de velocidades.

Otras aplicaciones son las máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles.

Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, control de tensión en máquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes

3. WEBGRAFIA

Sacado dehttp://www.monografias.com/trabajos91/maquinas-de-corriente-continua/maquinas-de-corriente-continua.shtml#ixzz3wnNVOL7e

Sacado de http://www.monografias.com/trabajos82/maquina-corriente-continua-como-motor/maquina-corriente-continua-como-motor2.shtml

Sacado de http://www.monografias.com/trabajos91/maquinas-de-corriente-continua/maquinas-de-corriente-continua.shtml

Sacado de CHAPMAN. 2005. Máquinas eléctricas. Madrid: McGraw-Hill Interamericana.

Sacado deFRAILE MORA, J. 2008. Máquinas eléctricas. Madrid: McGraw-Hill Interamericana.