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.Electrnica
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Control electrnico de
Motores(Conceptos)
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LECCIN 1:CONCEPTOS DE MOTORES
1. INTRODUCCIN A LOS MOTORES ELCTRICOS
2. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
3. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA
Fraile,J; Mquinas eltricas.MacGrawhill
Faure,R; Mquinas y accionamientos elctricos.Fondo editorial de Ingenieros naval. Madrid 2000
Cortes Cherta,M; Curso moderno de maquinaselctricas rotativas.Tomos I a IV. Editores TcnicosAsociados. Barcelona 1990.
Hans,T at ali; Regulacin digital electrnica.Paraninfo
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PRINCIPIO
Se basa en la ley de Faraday que indica que "encualquier conductor que se mueve en el seno del campomagntico se generar una diferencia de potencial entre susextremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento".
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Si en lugar de un conductor rectilneo se introduce unaespira con los extremos conectados a una determinada
resistencia y se le hace girar en el interior del campo,de forma que vare el flujo magntico abrazado por lamisma, se detectar la aparicin de una corriente
elctrica que circula por la resistencia y que cesar enel momento en que se detenga el movimiento. El sentidode la corriente viene determinado por la ley de Lenz.
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Prof. Aguilar Pea Control Motores.Conceptos 5
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Mediante el sistema descrito se genera una corriente elctrica a partir de un
movimiento mecnico, lo que corresponde al principio de funcionamiento de un
generador.
Al ser dicho efecto reversible, el funcionamiento como motor se consigue
invirtiendo los papeles.
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MOTORES ELCTRICOS
En los motores elctricos las espiras rotativas del conductor son
guiadas mediante la fuerza magntica ejercida por el campomagntico y la corriente elctrica. Se transforma la energaelctrica en energa mecnica. W=2Pif=pWm=p2Pin/60
Wm velocidad de giroespiras rad/seg
P pares polos
Colector de delgas Colector de anillos
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Corrienteen un Motor DC
Cuando una corriente elctrica pasa a travsde un cable conductor inmerso en un campomagntico, la fuerza magntica produce unparel cual provoca el giro del motor
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Paren el Motor DC Cuando una corriente elctrica pasa a travsde un cable conductor inmerso en un campo
magntico, la fuerza magntica produce unparel cual provoca el giro del motor
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CONSTITUCIN MOTOR DC polos
ventilador
escobillas
colector
Inducidorotor
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odemotores Atendiendo a la naturaleza de la corriente elctrica
utilizada, los motores elctricos rotativos pueden dividirseen:
- Motores de Corr iente Continu a.
- Moto res de Corr iente Alterna.- Moto res Universales.
Los motores de c.a., a su vez, por la naturaleza de lacorriente de excitacin pueden clasificarse en:
- Moto res Sncronos.- Moto res Asnc ronos o de Inducc in.
CLASIFICACIN MOTORES
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-Excitacin por imanes permanentes-Excitacin independiente-Excitacin serie
-Excitacin paralelo-Excitacin compuesta
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MOTOR CC
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MOTOR CC
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MOTORES DC IMANPERMANENTE
Imn permanente Estator bobinado
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Los motores con campos magnticos originados por imanespermanentes, tienen las siguientes ventajas:
- No necesitan corriente magnetizante, reducindose as el
gasto energtico de la misma al no producirse, en el circuito deexcitacin, prdidas por efecto Joule.
- Se consigue un primer abaratamiento en su construccin, al
suprimirse los conductores que constituyen el devanado de
excitacin.
- Poseen una excitacin estable.Sin embargo, presentan grandes inconvenientes, que hacenlimitado su uso exclusivamente en mquinas de muy bajapotencia, los cuales pasamos a enumerar:
- Poseen un campo magntico fijo sin posibilidad de
regulacin.
- El campo magntico es relativamente dbil, presentando la
mquina unas elevadas dimensiones con relacin a la potencia
desarrollada.
- La tecnologa de elaboracin e imantacin de los imanes
permanentes es compleja y por tanto, costosa.
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MOTORES DC EXCITACININDEPENDIENTE
INDUCTOR
INDUCIDO
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Rgimen permanente
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MOTORES DC IMAN PERMANENTE (Flujo cte)
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AUTOEXCITACIN DC-SERIE
El motor universal es un motor dc conexcitacin serie que puede seralimentado con ca ya que lasalternancias de la corriente se
producen al mismo tiempo( en fase) enel inductor y en el inducido
a
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Par de arranqueelevado
Muy inestable,tendencia a embalarse
Utilizado en traccinelctrica
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APLICACIN A TRACCION ELCTRICA DC-SERIE
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Las propiedades tan valiosas de este motor lo hacenapropiado para la traccin elctrica: trenes, tranvas,
trolebuses y tambin en gras donde son necesariosaltos pares abajas velocidades y viceversa.
La regulacin de la velocidad de estos motores, adiferencia con el motor derivacin, se realiza solamentepor control de la tensin aplicada al motor. Esteprocedimiento puede realizarse de manera econmica sise dispone por lo menos de dos motores (pueden sertambin cuatro o seis), como sucede en los ferrocarriles
elctricos urbanos o interurbanos. Cada coche motor vaequipado con dos motores serie, uno acoplado al boje (obogie) delantero que impulsa las ruedas motricesdelanteras y otro acoplado al boje trasero impulsando
sus respectivas ruedas traseras .
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Las velocidades de ambos motores son iguales en todo momento.La variacin de velocidad se consigue con la conexin serie-paralelode ambos motores, de esta forma pueden obtenerse dosvelocidades bsicas de trabajo con un buen rendimiento energtico.
Inicialmente los motores estn conectados en serie a travs deuna resistencia variable que se va eliminando gradualmente hastaque se obtiene una tensin en bornes de cada motor, mitad de lalinea. Con ello se obtiene la primera posicin de marcha. En este
momento, al no existir ninguna resistencia externa en el circuito,se obtiene un gran rendimiento del conjunto.
Cuando se desea aumentar la velocidad del vehculo se cambia laconexin en serie de los motores y se pasa a paralelo insertando almismo tiempo entre ellos y la lnea una resistencia exterior. Estaresistencia se va eliminando poco a poco hasta que los motoresfuncionan a plena tensin de linea, obteniendo la segunda posicinestable de funcionamiento
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AUTOEXCITACIN DC-SHUNT
Utilizado enmquinas y
herramientaspor su
estabilidad
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AUTOEXCITACIN DC-COMPUESTO
Maquinas herramientas ytraccin
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DC-COMPARACIN
ca
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Un generador excitacin independiente 20 kW, 250 V, 1300 rpm,con
resistencia de Ra = 0.3 ohm, y Rf = 180 ohms.
Sin carga, el terminal voltaje es de 250 V, la corriente 1.5 A.
A plena carga, el terminal voltaje es tambiem 250 V.
a) Dibuja el circuito equivalente.
b) A plena carga, calcula:
El generador voltaje Ea
El par entregado
Corriente y voltaje de excitacin
Ea
Ia180W
IfVf
0.3W
250V
DC-GENERADOREJEMPLO
ca
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GENERATOR:
Clculo de k de la maquina sin carga:
wm= 2 p n/60 =2 p 1300/60 = 136.13 1/sec
Ea_nl = KFfwm = Km I fwm
Km = Ea_nl / I fwm = 250 / (1.5 )( 136.13) = 1.224
Corriente carga: Ia = 20000 / 250 = 80 A
Voltaje generador: Ea = Vt + Ia Ra = 250 + (80)(0.3) =274 V
Par:Te = Ea Ia / wm = (274)(80) / 136.131 = 161.0 Newton m
Corriente excitacin y voltaje a plena carga:
I f = Ea / (Kmwm ) = 274/ (1.224) (136.131) =1.64 A
Vf = Rf I f = (1.64)(180) = 296 V
ca
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a) Dibuja el diagrama equivalente.
b) Calcula la constante del motor
c) Calcula la velocidad y el Par
Ea 240 V
Im0.25
120Ff
Ia
Un shunt motor de 15 kW, 240 V, tiene una resistnia de armadura Ra = 0.25ohm, y de excitacin Rf = 120 ohms. La corriente es de 8 A y una velocidad de
1000 rpm.
Diagrama equivalente
DC-SHUNT EJEMPLO
ca
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MOTOR.
Corriente de excitacin I f = 240 / 120 = 2 A
Corriente de armadura sin carga: Ia = 8 - 2 = 6 A
Voltaje generador sin carga: Ea = Vt - Ia Ra = 240 - (6)(0.25) =238.5 V
Velocidad sin carga: wm_nl
= 2 p n / 60 = 2 p 1000 / 60 = 104.72 /sec
Constante de maquina: Ea = KFfwm_nl = Km I fwm_nl
Km = Ea / I fwm_nl = 238.5 / (2) (104.72) =1.139
Corriente carga: Im = 15000 / 240 = 62.5 A
Corriente armadura: Ia = 62.5 - 2 = 60.5 A
ca
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Voltaje generador a plena carga:
Ea = Vt - Ia Ra = 240 - (60.5)(0.25) = 224.9 V
Velocidad motor a plena carga:Ea = KF f wm = Km I fwm
wm = Ea / Km I f = 224.8 / (1.139)( 2) = 98.8 rad./sec
nm = 60 wm / 2 p = 942.7 rpm.
Par:
Te = Ea Ia / wm = (224.8)(60.5) / 98.8 = 137.65 Newton m
ca
DC ARRANQUE
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Motor arranque.
a) Calcula la corriente de arranque
del ejemplo anterior.
El voltaje de inducido es cero
porque la velocidad e cero.
La corriente de arranque es :
I start = (300 -4) / 0.2 = 1480 A.
Im
Ea=0 300VF
f
0.2 W
150 W
4V
Circuito equivalente de arranque
Ia
DC-ARRANQUE
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