ORIENTACIONES DIDÁCTICAS PARA EL ALUMNADO

Transcripción

1 ORIENTACIONES DIDÁCTICAS PARA EL ALUMNADO "Contenido adscrito a la Licéncia "Creative Commons" CC ES en las opciones "Reconocimiento -No Comercial- Compartir Igual". Autor: Ángel Mahiques Benavent

2 ÍNDICE 1. Orientaciones didácticas Principios teóricos del motor de corriente continua Introducción Conceptos previos Inducción electromagnética Fuerza electromagnética Clasificación de las máquinas eléctricas de corriente continua Generador Motor Constitución del motor de corriente continua Constitución de las maquinas eléctricas de corriente continua Inductor vs Inducido Motor de corriente continua de imán permanente Inversión de giro...7 ii

3 1. Orientaciones didácticas El presente proyecto consiste en la construcción guiada paso a paso de un motor de corriente continua, para ello, ten en cuenta que el profesor te entregará todos los materiales necesarios para la construcción del motor (tanto materiales de construcción como los pasos para construir el motor). Asimismo en el presente documento tienes todos los conceptos teóricos que debes conocer para el correcto aprovechamiento del proyecto. Recuerda que al finalizar el proyecto deberás entregar al profesor una memoria técnica sobre la construcción del proyecto. 1

4 2. Principios teóricos del motor de corriente continua 2.1. Introducción La máquina eléctrica de corriente continua es un convertidor electromecánico rotativo que haciendo uso de los fenómenos de inducción y de par electromagnético transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Si la corriente generada es continua estaremos ante un generador de corriente continua, también designado comúnmente como dinamo. Si transforma la energía eléctrica continua en energía mecánica hablaremos de un motor de corriente continua. Las máquinas de corriente continua tienen un carácter reversible, es decir, pueden funcionar como motor si se les alimentan las bobinas del rotor con corriente continua, o como dinamo, si se les aplica una energía mecánica que provoque el giro del motor. Las máquinas de corriente continua tienen gran importancia histórica debido a que su empleo como generadores represento el primer procedimiento para producir energía eléctrica a gran escala. En la actualidad, el modo de funcionamiento más característico de las máquinas de corriente continua lo constituye su empleo como motor. La ventaja fundamental de los motores de corriente continua frente a los motores de corriente alterna se debe a su mayor grado de flexibilidad para el control de la velocidad y del par, lo cual hace muy interesante su aplicación, en diversos accionamientos industriales: trenes de laminación, tracción eléctrica etc. (aplicaciones que necesitan velocidad variable) En España, la tracción eléctrica se realiza a V de corriente continua en los ferrocarriles, y a unos V en los trenes metropolitanos Metro. El AVE, en cambio, funciona con corriente alterna monofásica El empleo como generador en corriente continua (c.c.) está prácticamente obsoleto debido a que la corriente alterna (c.a.) presenta más ventajas para la generación, transporte y distribución de la energía eléctrica que la c.c., debido a la sencillez y economía que supone el uso de transformadores para convertir tensiones de un valor a otro. Hoy en día con el progreso de la electrónica, cuando se necesita corriente continua para una aplicación determinada, se recurre al empleo de 2

5 rectificadores de Silicio que transforman la corriente alterna de la red, en corriente continua, de forma estática y con un gran rendimiento. 2. Conceptos previos Inducción electromagnética Ley de Faraday: una variación de flujo magnético sobre una espira de alambre, inducirá sobre dicho alambre un voltaje proporcional al tiempo. donde: eind = -N (d / dt) e ind es el voltaje inducido en la bobina N es el número de vueltas en la bobina de alambre es el flujo que pasa a través de la bobina. El signo negativo de la ecuación se explica mediante la ley de Lenz. La Ley de Lenz permite predecir el sentido de la fuerza electromotriz inducida en un circuito eléctrico, esta ley dice que el sentido de la corriente o de la fuerza electromotriz inducida es tal que sus efectos electromagnéticos se oponen a la variación del flujo del campo magnético que la produce. Así, si el flujo del campo magnético a través de una espira aumenta, la corriente eléctrica que en ella se induce crea un campo magnético cuyo flujo a través de la espira es negativo, disminuyendo el aumento original del flujo Fuerza electromagnética La Ley de Lorentz dice que si una carga Q que se mueve en el interior de un campo magnético a una velocidad v, se ve sometida a la acción de una fuerza magnética de valor: Fm = q.(vb) = IB = i (Lb) = ilbsen Donde: i es la magnitud de la corriente en el conductor. L es la longitud del conductor, con la dirección en el mismo sentido del flujo de corriente B vector de la densidad de flujo magnético q Carga Resumiendo, tenemos que una carga eléctrica en movimiento genera campo magnético 3

6 2.3. Clasificación de las máquinas eléctricas de corriente continua Las máquinas eléctricas de corriente continua se clasifican en dos grandes grupos: generadores y motores: Generadores de corriente continua: dinamo, excitación independiente, autoexcitados, excitación serie. Motores de corriente continua: excitación independiente, excitación serie, excitación paralelo, Generador Un generador es una máquina eléctrica que transforma la energía mecánica aplicada en su eje en energía en eléctrica. La acción se desarrolla por el movimiento de una bobina en un campo magnético, resultando una fem (o fuerza electromotriz) inducida que al aplicarla a un circuito externo, produce una corriente eléctrica continua. En consecuencia el generador necesita una energía mecánica de entrada, para producir la energía eléctrica correspondiente de salida Motor Un motor es una máquina eléctrica que transforma la Energía Eléctrica en mecánica en su eje. La acción se desarrolla introduciendo una corriente en la máquina por medio de una fuente externa, que interacciona con el campo magnético produciendo un movimiento de la máquina; aparece entonces una fem (o fuerza electromotriz) inducida que se opone a la corriente Constitución del motor de corriente continua Constitución de las maquinas eléctricas de corriente continua Desde el punto de vista electromagnético, está compuesta por: Un circuito magnético: Núcleos y Entrehierro Dos circuitos eléctricos: Inductor e Inducido. Desde el punto de vista mecánico, está compuesta por: una parte fija o Estator y una parte móvil o Rotor. Su constitución física responde a la máquina eléctrica rotativa general y es la que vamos a estudiar, así podemos encontrar los siguientes elementos: el 4

7 estator, los polos, el inductor, polos auxiliares o de conmutación, el rotor, el colector de delgas, las escobillas y el collar porta escobillas. Estator El estator (o parte fija), esta formado por una corona de material ferromagnético (función de acero magnético o tubo de hierro), denominado culata o yugo. En nuestro caso podemos considerar que no tenemos estator (al ser un motor didáctico) o bien podemos considerar que el estator es toda la base que sujeta el motor y hace posible el giro del eje. Rotor 5

8 Colector de delgas El colector de delgas se encuentra fijado al eje, el cual contendrá tantas delgas como bobinas simples presenta el devanado. Cada delga va unida eléctricamente al punto de conexión de una bobina con otra del devanado. La misión del colector es la de convertidor de frecuencia. En nuestro caso el colector de delgas es la chapa metálica que envuelve Delgas Las delgas es el punto por donde entra la corriente a las bobinas del inducido procedente de las escobillas. Son también las partes en las que se divide el colector y están aisladas unas de otras. Colector de delgas (chapa metálica) delga (punto de soldadura) Escobillas Las escobillas, son piezas de, generalmente de grafito, destinadas a asegurar, por contacto deslizante, la conexión eléctrica entre el elemento móvil, colector de delgas, y el elemento fijo, circuito exterior. En nuestro caso hemos realizado las escobillas con chapa metálica que mediante presión hace el contacto eléctrico con el rotor. 6

9 Inductor vs Inducido. Tal y como ya se ha comentado los motores de corriente continua se basan en los principios de fuerza electromagnética y fuerza electromotriz inducida. Para llevar a cabo estos principios los motores constan del inductor y del inducido. Inductor: tiene como misión crear el campo magnético y se encuentra alojado en la parte fija del motor o estator. El inductor de nuestro motor didáctico esta formado por dos imanes permanentes. Inducido: Esta formado por conductores de cobre dispuestos en forma de bobinas. Las bobinas están alojadas en el núcleo de hierro, el cual esta sujeto al eje de giro del motor y constituye la parte móvil o rotor de la máquina Motor de corriente continua de imán permanente Un motor de corriente continua de imán permanente (CCIP) es un motor uno cuyos polos están hechos de imanes permanentes. Puesto que no requieren bobinados de campo, pueden ser más pequeños que los correspondientes motores de corriente continua mediante bobinas inductoras. Se utilizan en caballajes pequeños donde es necesario un ahorro de espacio. Entre las desventajas se encuentran que los imanes permanentes no pueden producir una densidad de flujo tan alta como un campo mediante bobinas, por tanto tendrán un menor momento inducido por amperio de corriente inducida que un motor con bobinas del mismo tamaño e iguales características. Hay que tener en cuenta también que los imanes presentas riesgos de desmagnetización Inversión de giro Los motores eléctricos pueden funcionar en ambos sentidos de giro, solo con cambiar las conexiones del inducido con respecto al inductor. El sentido del par motor depende del campo magnético y del sentido de la corriente en los conductores del inducido, por lo que se deduce que bastara con invertir las conexiones relativas del inductor y del inducido. Si el cambio tiene lugar cuando la maquina esta parada, es indistinto cambiar las conexiones del inductor o del inducido, aunque se recomienda cambiar las del inducido. Si la inversión se realiza en marcha, es obligado cambiar las conexiones del inducido y no las del inductor, pues si se realizase esto ultimo, es motor se quedaría sin excitación. Antes de proceder a la inversión, es indispensable intercalar toda la resistencia del reóstato de arranque. 7