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APLICACIONES DE LOS MOTORES EN CORRIENTE CONTINUA EN SERIE: Como se comentó antes, en este tipo de motores las bobinas inductoras y las inducidas están conectadas en serie. La conexión forma un circuito en serie en el que la intensidad absorbida por el motor al conectarlo a la red (también llamada corriente de carga) es la misma, tanto para la bobina conductora (del estator) como para la bobina inducida (del rotor). (Inducido=Iexc)

El motor serie es tal que: 1. Puede desarrollar un elevador par-motor de arranque, es decir, justo al arrancar, el par motor es elevado. 2. Si disminuye la carga del motor, disminuye la intensidad de corriente absorbida y el motor aumenta su velocidad. Esto puede ser peligroso. En vacío el motor es inestable, pues la velocidad aumenta bruscamente. 3. Sus bobinas tienen pocas espiras, pero de gran sección. Usos: Tiene aplicaciones en aquellos casos en los que se requiera un elevado par de arranque a pequeñas velocidades y un par reducido a grandes velocidades. El motor debe tener carga si está en marcha. Ejemplos: tranvías, locomotoras, trolebuses. Un taladro no podría tener un motor serie, ¿Por qué? Pues porque al terminar de efectuar el orificio en la pieza, la máquina quedaría en vacío (sin carga) y la velocidad en la broca aumentaría tanto que llegaría a ser peligrosa la máquina para el usuario. MOTOR DE UN TREN ELECTRICO En la serie ¿Cómo se mueven los trenes? de Encarrilando, hemos visto hasta ahora el funcionamiento de las locomotoras de vapor y los trenes diésel. En esta tercera y (por ahora) última entrega, es hora de ver cómo se mueve un tren eléctrico. Hablar a fondo de esta materia requiere un gran conocimiento de física, por lo que sólo se abordará el funcionamiento del motor eléctrico y sus sistemas de control en líneas generales, ya que no es propósito de Ferro Cultura profundizar en temas técnicos.

Locomotora eléctrica de la DB 112 110, con un Regional Express en Frankfurt (Oder). Foto: Miguel Bustos. Principios del motor eléctrico No se puede entrar en materia sin dar, al menos, un par de pinceladas sobre el funcionamiento de los motores eléctricos. Para ello, es preciso indicar que es una máquina que se encarga de transformar electricidad en movimiento o, lo que es lo mismo, energía eléctrica en mecánica. Para lograrlo, utiliza el principio del electromagnetismo que establece que una corriente eléctrica que circula por una espira (vuelta de una espiral) genera un campo magnético que puede interactuar con el de un imán. La demostración básica de esto es el clásico experimento de rodear una brújula con una espira de cobre o un electroimán conectado a una batería. El efecto inmediato es que la aguja de la brújula gira, afectada por el nuevo campo magnético. Un motor eléctrico se compone de dos partes: una fija llamada estátor (de estático) y una móvil conocida como rótor (porque es la que rota). En función del tipo de motor, el estátor y el rótor tendrán distintos elementos. Y es que no hay un sólo tipo de motor eléctrico. Podemos distinguir tres grandes grupos: los de corriente continua, síncronos y asíncronos. En los de corriente continua, por poner un ejemplo, el estátor es un imán y el rótor es un conjunto de devanados (bobinas) que gira al aplicar una corriente eléctrica sobre las mismas. El motor eléctrico en los trenes El hecho de que un tren se pudiera mover sin realizar emisiones contaminantes con unos motores de pequeño tamaño (en comparación con los de vapor o diésel), fue toda una revolución en la historia del ferrocarril. Revolución que conllevó, por otro lado, la implementación de los sistemas de electrificación que permitieran transportar la energía hasta su punto de consumo. El Volk’s Electric Railway, uno de los primeros trenes eléctricos del mundo y que aún se mantiene en servicio en Brighton, Inglaterra. Foto: Les Chatfield. Durante casi un siglo, los trenes eléctricos utilizaron casi en exclusiva motores de corriente continua. Sin embargo, debido a la evolución de los motores de corriente alterna y sus sistemas electrónicos de control, en la actualidad todos los trenes nuevos utilizan motores asíncronos. Control de la energía Dado a que los motores de cada tren requieren de una potencia concreta en cada momento, los sistemas de electrificación de las infraestructuras suministran energía con unos valores

prácticamente constantes. Por lo tanto, adaptar la intensidad de la corriente a las necesidades de la marcha es tarea independiente de su tren y su cadena de tracción. Por lo tanto, entre el sistema de alimentación y el motor hay siempre un dispositivo de control de la electricidad. De carecer de él, los motores se pondrían a pleno funcionamiento a la hora de conectarlos a la red, lo que, evidentemente, no es nada práctico.

MOTOR DC EN LOS TROLEBUSES: Los sistemas de transporte eléctrico tipo tranvía son vehículos ligeros que se encuentran a distancias cercanas del suelo, lo cual facilita su acceso. Suplen la demanda de potencia necesaria para su funcionamiento de la red de distribución de media tensión por medio de subestaciones de interconexión de diferentes niveles de tensión, tanto en corriente alterna (AC) como en corriente directa (DC). Los tranvías utilizan motores eléctricos, que le permiten movilizarse a diferentes velocidades. Así mismo, usan con frecuencia componentes de electrónica de potencia, tal como el sistema de frenado regenerativo, el cual utiliza elementos del tipo Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT) para controlar la energía liberada y, en ciertos casos, reutilizarla o almacenarla en componentes como ultracapacitores. El tranvía hace parte de los medios de transporte masivos utilizados en las principales ciudades de Europa, parte de Asia, Australia, entre otras. Empresas internacionales como ABB, Alstom y Siemens pertenecen al grupo de fabricantes de este sistema de transporte.

El tranvía es un sistema de transporte masivo que transita en centros urbanos e interurbanos a velocidades que no sobrepasan los 80 km/h. Son vehículos livianos que pesan 62.000 kg aproximadamente. Las dimensiones externas del vehículo son en promedio 29,4 m de largo, 2,3 m de ancho y 3,36 m de alto. Los tranvías pueden transportar un promedio de 175 pasajeros en condiciones normales y tienen una capacidad límite de 252 pasajeros en condiciones extremas (Brisou, 2008). En la actualidad, los sistemas de transporte eléctrico tipo tranvía utilizan el sistema de catenarias, en conductor de cobre, para hacer la conexión eléctrica del vehículo con la red de alimentación DC o AC. En un sistema tipo tranvía, los motores eléctricos (ME), la iluminación y el sistema de aire acondicionado hacen parte de las cargas eléctricas más relevantes del sistema. Estas cargas son controladas y alimentadas empleando circuitos en el interior del vehículo, que utilizan dispositivos de electrónica de potencia, como tiristores IGBT que, conectados con arreglos de resistencias, componen los circuitos de control eléctrico (Godman, 2006; Muller, 2000).

ANEXOS: Conexión de máquinas eléctricas:

PERDIDAS EN LAS MAQUINAS DC Las máquinas de C.C. son conversores de energía eléctrica a mecánica y viceversa muy eficientes, sin embargo su rendimiento no alcanza el 100% debido a la no-idealidad de los elementos que la constituyen. Esto implica que, en la práctica, es necesario definir un parámetro de eficiencia a partir de la siguiente relación:

Los objetivos de diseño se encuentran orientados a maximizar la eficiencia de cada máquina para las características nominales a las cuales ha sido diseñada, sin embargo, existen pérdidas que no son factibles de eliminar: pérdidas eléctricas, pérdidas mecánicas y pérdidas magnéticas. Pérdidas eléctricas. Las pérdidas eléctricas son aquel producto de las resistencias de los enrollados (pérdidas en el cobre) y pérdidas en los contactos eléctricos (pérdidas en las escobillas). Las pérdidas en el cobre se producen tanto en el campo como en el inducido y se pueden calcular como:

Particularmente, en modelos más simplificados, no se consideran las pérdidas en las escobillas, sino solamente las pérdidas de Joule por concepto de R·I2 Pérdidas mecánicas. Las pérdidas mecánicas están asociadas a las pérdidas por concepto de roce entre las partes móviles de la máquina (rodamientos, etc.) y entre la máquina y el aire. Las pérdidas mecánicas son una función cúbica de la velocidad de rotación de la máquina. Pérdidas magnéticas. Las pérdidas en el núcleo (estudiadas en capítulos anteriores) se manifiestan principalmente en las pérdidas por el ciclo de histéresis del material ferromagnético y por corrientes parásitas de Focault. Adicionalmente a las pérdidas anteriores, existen otros tipos de pérdidas cuyos orígenes no se explican necesariamente por los efectos ya mencionados. En general estas pérdidas se agrupan como pérdidas adicionales y se les asigna un valor cercano al 1% de la potencia nominal de la máquina.

DESIGNACIÓN DE LOS TERMINALES DEL MOTOR DC SEGÚN NORMA NEMA MG-1 2009(motores y generadores)