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MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Priscila Cabrera1, Viviana Carrión2, Edison Dumaguala3, Jaime Bautista4, Violeta Molleturo5, Erick Salinas 6, José Ayora7, Inés Arteaga8, Mario Peña9. Universidad de Cuenca, Facultad de Ciencias Químicas, Carrera de Ingeniería Química Asignatura: Física III, Cuenca – Ecuador, Fecha de entrega: 11/07/2017 

Resumen: El siguiente trabajo de investigación se basa principalmente en dar a conocer todo lo que comprende los motores de corriente continua, que son generadores que convierten la energía mecánica en energía eléctrica, así como la historia, las características más relevantes, esquemas básicos de funcionamiento, tipos de motores que existen, sus partes y las ventajas que ofrecen estos motores, y finalmente sus principales aplicaciones que tienen dentro de la industria y vida cotidiana. Palabras clave: motor de c.c. máquina, rotor, colector, inductor, inducido.

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Establecer cuáles son las partes fundamentales de un motor de corriente continua. Explicar acerca de las ventajas que presenta un motor de corriente continua. Exponer sobre las aplicaciones de este tipo de motores.

3. Desarrollo del trabajo Abstract: The following research work is based mainly on

Motores de corriente continúa

making known all that includes DC motors, which are generators that convert mechanical energy into electrical energy, as well as history, the most relevant features, basic operating schemes, types of existing engines, their parts and the advantages offered by these engines, and finally their main applications that have within the industry and everyday life. Keywords: Motor of c.c. Machine, rotor, manifold, inductor, induced.

Las Maquinas dc son generadores que convierten energía mecánica en energía eléctrica y motores que convierten energía eléctrica dc en energía mecánica. Champan hace referencia a que la mayoría de las maquinas dc son semejantes a las maquinas ac porque tienen voltajes y corrientes ac dentro de ellas, las maquinas dc tienen una salida dc solo porque existe un mecanismo que convierte los voltajes ac internos en voltajes dc en sus terminales, este mecanismo es denominado conmutador, es por eso que la maquinaria dc también se conoce como: Maquinaria de colector o conmutada.

1. Introducción Los motores de corriente continua como su nombre nos indica funcionan gracias a que son alimentados por la corriente continua, estos motores tienen una estructura similar a la de los generadores de corriente continua, pero se diferencia en que no generan una corriente continua cuando se lo somete a una fuerza mecánica rotativa, ya que lo que hace es que generar una potencia mecánica rotativa cuando se lo alimenta con corriente continua.

3.1. Historia La historia de las máquinas de corriente continua nace al igual que los transformadores del descubrimiento de la ley de la inducción ELECTROMAGNETICA.

2. Objetivos Objetivo general: 

Con el descubrimiento de la ley de la inducción electromagnética por Faraday, empieza la historia de las máquinas eléctricas y hasta mediados de la octava década del siglo XX, representa en esencia la historia del desarrollo de la máquina de corriente continua. («Resumen de La Historia de Los Motores Dc», s. f.)

Instruir acerca de los motores de corriente continua, en qué consisten, que características tienen, cuáles son sus ventajas y que aplicaciones se le puede dar a estos.

Objetivos específicos:  

La primera máquina eléctrica que se empleó en aplicaciones de potencia fue la máquina de corriente continua (C.C) en la segunda mitad del siglo XIX. La razón de ello fue que, en un principio, no se pensó que la corriente alterna tuviera las ventajas que hoy se le conocen, especialmente en la transmisión de energía eléctrica a grandes

Indagar sobre la historia que rodea la invención de las máquinas de corriente continua. Conocer las características de un motor de corriente continua.

Estudiante de tercer ciclo de la Carrera de Ingeniería Química, correo electrónico: [email protected] Profesor de la Carrera de Ingeniería Química, correo electrónico: [email protected] 1

distancias. De hecho, los primeros sistemas de potencia fueron sistemas de C.C.

(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.

La máquina de C.C. fue ideada por el belga Gramme alrededor de 1860 y empleaba un enrollado de rotor especial (anillo de Gramme) para lograr la conmutación o rectificación del voltaje alterno generado. Posteriormente, el físico W. Siemens y otros, contribuyeron al desarrollo de estas máquinas realizando mejoras en su construcción, hasta llegar a la máquina de CC que se conoce hoy. Pese a las mejoras que han sido desarrolladas en su diseño, la máquina de corriente continua es constructivamente más compleja que las máquinas de corriente alterna, el empleo de escobillas, colector, etc., la hace comparativamente menos robusta, requiere mayor mantenimiento y tiene un mayor volumen y peso por kilo-watt de potencia. No obstante, la máquina de C.C. tiene múltiples aplicaciones, especialmente como motor, debido principalmente a:  Amplio rango de velocidades, ajustables de modo continuo y controlable con alta precisión.  Característica de torque-velocidad variable.  Rápida aceleración, desaceleración y cambio de sentido de giro, y  Posibilidad de frenado regenerativo. («Conceptos-Basicos-de-Maquinas-decorriente-continua.pdf», Pernia M.)

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Constitución básica de una máquina de C.C El inductor es de polos salientes y está en el estator. El inducido está en el rotor y su devanado se aloja en ranuras. El inducido se alimenta a través de un colector de delgas que no aparece en la figura adjunta. Una línea neutra (L.N.) es una recta que une los puntos donde el campo magnético se anula. Hay tantas líneas neutras como pares de polos. Una línea neutra teórica es una L.N. cuando solo existe el campo magnético inductor y pasa justo por el centro de los espacios interpolares.

Es importante destacar la importancia de las máquinas de corriente continua:  En el mundo del transporte ya que tienen facilidad de mantener constante la velocidad de rotación.  En la fabricación de micro-motores utilizados en la electrónica. Hay cinco clases principales de motores de cd de uso general a) Motor con excitación en derivación b) Motor con devanado en serie c) Motor compuesto d) Motor de excitación separada e) Motor de imán permanente 3.2. Maquina DC o de corriente continua

Figura 1. Esquema básico de una maquina C.C.

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

 Esquema básico de funcionamiento El inducido es un devanado cerrado (en la figura se trata de un devanado en anillo). Las escobillas y el colector de delgas hacen que el inducido se divida en un número par de ramas en

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paralelo idénticas. En la figura las dos escobillas dividen el inducido en dos ramas en paralelo.

denominada zapata polar. Los polos auxiliares o de conmutación tienen como función mejorar la conmutación en el colector de delgas y, a veces, también compensar la reacción de inducido. Se disponen entre los polos principales y se conectan en serie con el inducido. El rotor tiene un devanado cerrado y un colector de delgas que permite conectarlo a un circuito eléctrico exterior a través de unas escobillas situadas en el estator. Este devanado es el inducido. 3.3. Esquema simplificado de un motor de corriente continua. En la figura 4 se muestra el comportamiento de una espira alimentada por corriente continua a través de escobillas y colector que es sometida a la influencia de un campo magnético que da lugar al desplazamiento, y en este caso al giro de la espira.

Figura 2. Esquema básico de funcionamiento. 

Esquema de un generador de c.c. de 4 polos Generador de corriente continua de 4 polos con los devanados inductor e inducido conectados en paralelo (Generador shunt)

Figura 4. Motor de corriente continua.

Para determinar el sentido de rotación de la espira, se tiene en cuenta la dirección de la corriente que circula por ambas partes activas de la espira sometida a la influencia del campo magnético del imán permanente, y aplicando la ley de la mano izquierda se determina el sentido de desplazamiento que tendrá la espira por efecto de la reacción del nuevo campo magnético generado por la corriente que circula por la espira, contra el campo magnético del imán permanente que lo ha creado. (VILORIA, 2014)

Figura 3. Esquema de un generador shunt.

La culata es la parte del estator que forma parte del circuito magnético y que soporta los polos. Rodeando a la culata está la carcasa de hierro de fundición y que es la envolvente de la máquina. Sobre la culata se fijan los polos principales o polos inductores donde se arrolla el devanado inductor, también denominado de excitación o de campo. Cada polo consta de un núcleo polar donde, se arrolla el bobinado del polo, y de una expansión

3.4. Partes del motor

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A los polos principales se les colocan las bobinas de inducción o excitación, que pueden ser de tres tipos: - Serie, - Derivación, - Independientes. 7. Polos auxiliares o de conmutación. Están situados entre los polos principales y en la zona correspondiente a la línea neutra que forman dichos polos principales. (VILORIA, 2014) 8. Bobinado auxiliar o de conmutación. Tiene como finalidad crear un flujo de valor igual y transversal al flujo principal para anular la acción de este último, de esta manera se evita que se genere una fuerza electromotriz de inducción. (VILORIA, 2014)

Figura 5. Representación de los elementos de un motor.

En el esquema representado con anterioridad se describe los elementos magnéticos y eléctricos de un motor de corriente continua, mismo que serán detallados a continuación. Comenzando desde el exterior, estos son los elementos básicos de un motor de corriente continua.

9. Bobinado de compensación. Con estos bobinados se reducen las chispas entre escobillas y las delgadas del colector.

1. Carcasa. Corresponde a la parte externa del motor y tendrá el grado de protección que le corresponde según su IP.

10. Conjunto rotor. Es la parte que gira del motor, está constituido por los elementos más problemáticos del motor, como son el colector de delgas y las escobillas.

2. Caja de conexiones. Estará emplazada en la posición que convenga al mejor se acceso para facilitar las operaciones de conexión, mantenimiento y comprobación que se tenga que hacer sobre el motor, l0os bornes y las conexiones. (VILORIA, 2014)

11. Circuito magnético con ranuras para alojar los conductores de las bobinas. Es el elemento móvil del motor, está formado por chapas magnéticas de sección circular, cuya parte exterior tiene ranuras para alojar los conductores del bobinado inducido. (VILORIA, 2014)

3. Placa de características. Todo motor debe contar con una placa característica, en la que debe estar toda la información necesaria sobre el funcionamiento y fabricación del motor. (VILORIA, 2014)

12. Bobinado rotatorio. Hay dos tipos: - Bobinado imbrico, - Bobinado ondulado.

4. Culata. Permite el cierre de las cámaras de combustión. 5. Polos principales. Se los colocan en las bobinas, que pueden ser: serie, derivación e independiente. Los polos principales constituyen el inducido del motor. (VILORIA, 2014)

Figura 6. Bobinado imbricado.

6. Bobinado inductor. 4

3.6. Las principales aplicaciones del motor de corriente continua. • 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 maquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes

Figura 7. Bobinado ondulado.

13. Colector de delgas. Es necesario para establecer la conexión de la parte fija con el rotor. 14. Portaescobillas. Es como su nombre lo dice el sitio del motor donde se ubicarán las escobillas. 15. Escobillas. En el colector habrá tantas escobillas como polos tenga el motor. 16. Eje del motor. Aquí se recoge la potencia mecánica después de la transformación que se ha producido en la transformación que se ha producido en el mismo, alimentado por la energía eléctrica. (VILORIA, 2014)

4. Conclusiones

5. Bibliografía

3.5. Ventajas del motor

Permia Mario. Octubre 2011. Universidad Nacional Experimental del Táchira UNET. Conceptos-Basicos-de-Maquinas-decorriente-continua.pdf. (s. f.). Recuperado a partir de: https://www.researchgate.net/profile/Marin o_Pernia/publication/235752021_Concepto s_Basicos_de_Maquinas_de_corriente_cont inua/links/0912f5131e8e23bfa1000000/Con ceptos-Basicos-de-Maquinas-de-corrientecontinua.pdf Resumen de La Historia de Los Motores Dc. (s. f.). Recuperado 10 de julio de 2017, a partir de https://es.scribd.com/doc/90634664/Resume n-de-La-Historia-de-Los-Motores-Dc

Las ventajas que pueden aportar estos motores, en diferentes aplicaciones, son muchas, entre ellas están: - Operaciones más suaves. - Control de la aceleración y deceleración. - Proporcionar velocidades variables. - Compensación de las variables en procesos también variables. - Cambios de la marcha en función del proceso. - Ajustarse con relativa facilidad a las necesidades del proceso. - Permitir posicionamientos de alta precisión. - Controlar el par motor. - Economizar energía. - Poderse aplicar a procesos automatizados y con muchas exigencias. (VILORIA, 2014)

VILORIA, J. R. (2014). Motores de corriente continua. Madrid: Ediciones Paraninfo, SA.

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6. Rubrica

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Criterio

Presentació n 10%

Introducció n 10%

Desarrollo o cuerpo central 45%

Conclusione s 20%

Referencias bibliográfic as 10%

Ortografía, puntuación y gramática 5% Factores de ponderació n.

Excelente 8.6-10 Cumple con: la estructura del trabajo según lo solicitado Resumen claro y conciso Formato y estilo

Bueno 6-8,5 Cumple con: La estructura del trabajo según lo solicitado. Resumen no tan claro y conciso pero se entiende. Formato y estilo respeta más de un70%.

La introducción incluye el propósito de manera clara, exposición general del tema, objetivos claros y subdivisiones principales.

La introducción incluye el propósito, exposición general del tema y subdivisiones principales. Los objetivos están un poco confusos.

Todo el contenido que se presenta tiene relación directa con el tema. Desarrolla de manera eficaz y coherente el tema solicitado enriqueciéndolo con ideas propias. Las ideas se presentan con claridad y objetividad. Éstas no se repiten ni se presentan lagunas.

Todo el contenido que se presenta tiene relación directa con el tema. Desarrolla de manera eficaz y coherente el tema solicitado enriqueciéndolo con ideas propias. Casi todas las ideas que se presentan tienen relación directa con el tema y se presentan con bastante claridad y objetividad. Éstas no se repiten ni se presentan lagunas. Responde a los objetivos. Mantiene objetividad al expresar las ideas. Tiene dificultad al sustentar la conclusión.

Responde a los objetivos. Mantiene objetividad al expresar las ideas. Sustenta la conclusión con base en el contenido del trabajo. Las fuentes de información son las requeridas en el trabajo y al menos incluye una fuente extra. La información recopilada tiene relación con el tema, es altamente relevante, contribuyen al desarrollo del trabajo. Las fuentes se pueden verificar. La redacción es clara y concisa, respeta los signos de puntuación y no presenta errores ortográficos. Entrega a tiempo del trabajo, se evalúa sobre el 100%

Las fuentes de información son las requeridas en el trabajo. La información recopilada tiene relación con el tema, es relevante, contribuyen al desarrollo del trabajo pero incluye información que no es relevante o no tienen relación con el tema. Las fuentes se pueden verificar. La redacción es clara, no presenta errores ortográficos

Regular menor a 6 No cumple con: La estructura del trabajo según lo solicitado. Resumen no entendible Formato y estilo lo respeta en menos de 70%

La introducción incluye el propósito. No se presenta la exposición general del tema o las subdivisiones principales. El propósito, el tema y los objetivos requieren clarificación o no se presentan de forma objetiva. No todo el contenido que se presenta tiene relación directa con el tema. Una buena cantidad de las ideas que se presentan tienen relación con el tema. Éstas deben presentarse con mayor claridad u objetividad. Algunas ideas se repiten y hay vacíos en el contenido. Responde a los objetivos. Tiene dificultad manteniendo objetividad al expresar las ideas y sustentando la conclusión con base en el trabajo. Las fuentes de información no son las requeridas en el trabajo. La información recopilada tiene relación con el tema pero algunas no es actualizada o relevante. Algunas fuentes no son confiables o verificables. La redacción y la ortografía son deficientes.

Detección de plagio, el trabajo no se evalúa.

Calificación global del trabajo

Rúbrica para la evaluación de un trabajo de investigación bibliográfica

7

Puntaje