Descripción de Motores eléctricos

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1 Descripción de Motores eléctricos

2 Funcionamiento «Transforma la energía eléctrica en mecánica por medio de campos magnéticos» Rotor Campos magnéticos formador por: Bobinas Imanes permanentes Materiales ferromagnéticos sometidos a campos Estator Entre hierro. Espacio entre el rotor y el estator. Debe ser lo menor posible para un mejor desempeño (disminuye reluctancia)

3 Funcionamiento Ley de Lorentz Fuerza que ejercida por un campo magnetico que recibe una particula cargada o corriente electrica. F = q(e + v B) v= velocidad q=carga E=campo eléctrico B=Campo magnetico

4 Funcionamiento Otras leyes Ley de inducción de Faraday V = N d dt Ley circuital de ampere NI = R V= Voltaje N=número de vueltas de la bobina = flujo magnético R= Reluctancia

5 Distintos tipos de rotores y estatores Estator Bobinas alimentadas con AC Trifasico (CMR) Bobinas alimentadas AC monifasico Bobinas Alimentadas con DC (Electroiman fijo) Bobinas alimentadas con DC, fijos o conmutadas con electronica Imanes permanente Rotor Bobinas Alimentadas con DC o AC (Electroiman) Bobinas cortocircuitadas Imanes permanentes Material Ferromagnetico Campo magnetico rotatorio (CMR). Los campos de las bobinas del estator se suman para dar una resultante que va girando. Imanes permanente

6 Número de pares de polos ω s = ω p/2 ω s = ω m + ω r ω s = velocidad del centro magnético rotatorio del estator (CMR) ω r =velocidad del centro magnético rotatorio del rotor (con referencia del rotor) ω m = velocidad mecánica del rotor ω =frecuencia angular de la red p=número de polos

7 Armadura (inducido) y Excitación El Rotor y el estator pueden jugar estos roles. Armadura: Se induce el voltaje (si se usa como generador), o se pone un voltaje Excitación: Es el que produce el flujo magnetico

8 Tipos de Motores más comunes Auto Conmutados Conmutadores mecánicos (escobillas) Electronic- Commutator (EC) Motors [59][b] AC DC AC AC Conmutados externamente Maquinas asincrónicas Máquinas síncronas Motor universal Conexión rotorestator Excitación separada Series Shunt Compuesto Con imanes permanentes (PM) Con PM BLDC Rotor Ferromagnético De reluctancia Con tres fases De inducción Métodos de partida de motor monofásico Capacitivo Resistivo Split Polo-sombra Con tres fases Motor síncrono BLAC Electrónica simple Rectifier, linear transistor(s) or DC chopper Electrónica más elaborada Most elaborate electronics (VFD), when provided

9 Escobillas o carbones y Conmutadores Escobillas o carbones permiten transmitir energía electrica al rotor en movimiento. (une el cable a una placa metalica en el rotor) El conmutador, corresponde a la placa del rotor fraccionada. Esto permite ir alimentando selectivamente las bobinas. Se evita tener escobillas al usar imanes permantes en el rotor Escobillas

10 Motor DC Rotor: bobinas (DC) Estator: bobinas (DC) o imanes Corriente: DC Escobillas: Si (con conmutador) Tiene torque de partida El estator no tiene centro margnetico rotario (emite un campo fijo como si fuera iman) El angulo de torque es constante, y se establece en 90 (construccion) para mayor eficiencia

11 Conexión serie y shunt Cuando el rotor y el estator son bobinas alimentadas electricamente, la coneción electrica puede provenir de distintas fuentes o de la misma fuente, en este ultimo caso, puede ser conexión:

12 Excitación separada

13 Conexión shunt (paralelo)

14 Conexión serie

15 Motor síncrono Estator: bobinas (AC trifásica) Rotor: bobinas (DC) o imanes Corriente: AC trifásica. Escobillas: Si (no hay colector. Siempre conectado a continua) Motor poco usado. Principal uso como generador. Su velocidad depende de la frecuencia de la red y el número de pares de polos La velocidad de la CMR del rotor con respecto al rotor es cero. (ω r = 0) Solo genera torque en la velocidad sincrona. Si el torque es muy alto, comienza un torque pulsante sobre el rotor No tiene torque de partida (necesitan ayuda para partir)

16 Motor síncrono Su velocidad depende de la frecuencia de la red y el número de pares de polos ω s = ω r = 120f p

17 Motor de inducción Rotor: bobinas en lazo cerrado (cortocircuito) Estator: bobinas (AC trifásico) Corriente: AC Escobillas: No (Jaula de Ardilla). Si (Rotor Bobinado) Motor Jaula de Ardilla Rotor bobinado No necesita alimentación en el rotor ( Las escobillas en el rotor bobinado se conecta resistencias para quitar torque y bajar la corriete de partida) Existe deslizamiento. El rotor gira más lento que el centro magnético rotatorio del estator. Genera torque en todas las velocidades menos la sincrona Tiene torque de partida Velocidad máxima la sincrona. Tambien existe el de inducción monofasico, pero no tiene torque de partida

18 Motor de inducción

19 Motor de inducción Variando la frecuencia es posible crear curvas en que el torque se constante para un rango de velocidades y, sobre la velocidad sincrono nominal, la potencia sea constante.

20 Motor universal Rotor: bobinas Estator: bobinas Corriente: AC monofásico o DC Escobillas: Si (colector) Rotor conectado a estator en serie (presenta misma curva torque que DC en serie) Típicamente usado en aparatos domésticos (taladro) El motor se puede dañar por exceso de velocidad si trabaja sin carga Alto torque de partida (mayor que un motor de inducción) Con AC funciona levemente peor por la reactancia

21 Motor de Reluctancia Rotor: Material ferromagnetico Estator: Bobinas Corriente: DC controlado Escobillas: no Induce polos en el rotor Variacion del par de torque en un paso (Ripple) El giro se produce en la direción en que se reduce la reluctancia Se controla mediante encendido de par de bobinas.

22 Motor de Reluctancia Torque máximo constante, depende de la geometria del motor, que tiene ripple. La velocidad se da por control electronico Puede perder sincronismo a altas velocidades: debido a la inercia del rotor es capas de alinearse a las bobinas encendidas.

23 Motor BLDC Rotor: Imanes permantes Estator: Bobinas Corriente: Se elimenta con DC integrada a un inversor para pasarlo a AC Escobillas: no Estator a la izq. Rotor de imanes permanentes a la derecha Conmutación electronica Se puede controlar la posición del rotor con sensores de efecto hall o back-emf Más eficiente, mayor vida, menos ruidoso que motor DC Gracias a microcontroladores se puede controlar la velocidad, sostener un torque y realizar un control mas fino de los movimientos El maximo torque esta determinado por la temperatura máxima del motor

24 Motor Stepper (BLDC) Rotor: Imanes permanentes Estator: Bobinas Corriente: DC, con control Escobillas: no Usado en robotica por su precicion Puede manener una pocición fija Movimientos angulares discretos N caja reductora+circuito de control forma un servomotor

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