INDICE

INDICE
Introducción.........................................................................................1
Motores de c.c.....................................................................................3
Principio de funcionamiento.................................................................3
El motor shunt......................................................................................5.
Principio de funcionamiento.................................................................5
Caracteristicas tipicas de un motor shunt............................................7
Conexión del motor shunt....................................................................8
Caracteristicas de velocidad................................................................9
Motor serie..........................................................................................12
Principio de funcionamiento................................................................12
Conexión motor serie..........................................................................12
Caracteristicas tipicas de un motor serie............................................14
Motor excitado en serie.......................................................................17
Efecto de la conmutacion....................................................................17
Motor compuesto................................................................................19
Motor compuesto aditivo.....................................................................22
Motor compuesto diferencial...............................................................24
Motor paso a paso..............................................................................28
Principio de funcionamiento................................................................28
Tipo de motores paso a paso..............................................................30
Motores de iman permanente.............................................................32
Motor de reluctancia variable..............................................................33
Conclusion..........................................................................................35
Bibliografía..........................................................................................36
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INTRODUCCIÒN
En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a los generadores. De hecho
podrían describirse como generadores que funcionan al revés. Cuando la corriente pasa a través de la
armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas por la reacción magnética, y la
armadura gira. La acción del conmutador y de las conexiones de las bobinas del campo de los motores son
exactamente las mismas que usan los generadores. La revolución de la armadura induce un voltaje en las
bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto en la dirección al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ahí
que se conozca como voltaje inducido o fuerza contraelectromotriz. Cuando el motor gira más rápido, el
voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequeña, y la velocidad
del motor permanecerá constante siempre que el motor no esté bajo carga y tenga que realizar otro trabajo
mecánico que no sea el requerido para mover la armadura. Bajo carga, la armadura gira más lentamente,
reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en la armadura. El motor puede
así recibir más potencia eléctrica de la fuente, suministrándola y haciendo más trabajo mecánico.
Debido a que la velocidad de rotación controla el flujo de la corriente en la armadura, deben usarse aparatos
especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando la armadura está parada, ésta no tiene
realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal, se producirá una gran corriente, que
podría dañar el conmutador y las bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daños es el uso
de una resistencia de encendido conectada en serie a la armadura, para disminuir la corriente antes de que el
motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce
gradualmente, tanto de forma manual como automática.
La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magnético que actúa sobre la
armadura, así como de la corriente de ésta. Cuanto más fuerte es el campo, más bajo es el grado de rotación
necesario para generar un voltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje aplicado. Por
esta razón, la velocidad de los motores de corriente continua puede controlarse mediante la variación de la
corriente del campo.
MOTORES COMPUESTOS
Cuando en los polos de la misma maquina de c.c se instala un derivado de excitación deriva con y otro en
serie, la excitación en serie puede ser compoundada aditiva o diferencialmente. Sin embargo,
independientemente del compoundaje, la corriente en el circuito de excitación en derivación y el flujo de
exitacion, durante el arranque o la marcha es esencialmente constante. La corriente en la excitación serie es
función de la corriente de carga absorbida por el inducido.
La ecuación del par para el funcionamiento del motor compuesto aditivo es T=K(Qf−Qs)I, en la que el flujo
de excitación serie Qs, es función de la corriente del inducido I. Arrancando con un flujo igual al flujo de
excitación derivación en vacío y con uno que aumenta con la corriente de inducido, el motor compuesto
aditivo produce una curva par que siempre es mayor que la del motor derivación para la misma corriente del
inducido.
Comparación de las características par−carga para una maq. De c.c
Sin embargo, para el motor compound, la ecuación anterior del par puede escribirse T=K(Qf−Qs)I, en la que
Qf es aun función de I y Qf es probablemente constante. Arrancando con un flujo igual al flujo de excitación
en derivación en vacío, cualquier valor de la corriente de inducido producirá una fmm de excitación en serie
que reduce el flujo total en él entre hierro y en consecuencia el par. Por lo tanto, el motor compuesto
diferencial produce una curva de par que es siempre menor que el motor de derivación.
Características de velocidad de los motores de corriente continua. La ecuación fundamental de velocidad, en
2
la que S= (Va−Ia *Ra ) / K, proporciona un medio de predecir como varía la velocidad de cada uno de los
motores indicado con la aplicación de carga. Se estudiara sucesivamente la característica Velocidad−Carga de
cada motor. Para simplificar la discusión, se supone que la caída de tensión en las escobillas BD es 0.
Motores de derivación. Supongamos que el motor derivación a sido llevado hasta la velocidad nominal y
funciona en vacío. Puesto que el flujo de excitación del motor (sin tener en cuenta la reacción de inducido)
puede considerarse constante, la velocidad del motor puede expresarse según la expresión básica de la
velocidad
S=(E/k*Qf)=K*(V−I*R/Qf)
Cuando el eje del inducido se aplica carga mecánica la fuerza contraelectronotriz disminuye y la velocidad lo
hace proporcionalmente. Pero ya que la fuerza contraelectromotriz desde vacío hasta plena carga presenta una
variación de aproximadamente el 20 % (o sea, desde 0.75 Va a plena carga hasta aproximadamente 0.95 Va
en vacío), la velocidad del motor se mantiene esencialmente constante como se indica en la figura.
Comparación de las características para una maq. De c.c.
Motor serie. La ecuación básica de la velocidad, modificada para el circuito de motor serie, es evidentemente
S= (( V−I( Ra−Rs ))/K
En la que V es la tensión aplicada a los bornes del motor y puesto que el flujo en él entre hierro producido por
la excitación serie es proporcional ala corriente del inducido solamente, la velocidad puede escribirse en la
forma
S=K` V−I (Ra+Rs)/ I
La ecuación nos proporciona una indicación de las características velocidad− carga de un motor serie. Si se
aplica, una carga mecánica relativamente pequeña al eje del inducido del motor serie, la corriente de inducido
es pequeña, lo que él hace que el numerador de la fracción en la ecuación sea grande y su denominador
pequeño, determinando una velocidad anormalmente elevada. Por consiguiente, en vacío, con un flujo de
excitación y una corriente de inducido pequeñas, la velocidad es realmente excesiva. Por esta razón, los
motores serie siempre se accionan acoplados o engranados con una carga, como en ascensores, grúas o
servicios de tracción de corriente continua. Sin embargo, al aumentar la carga, el numerador de fracción en
(4−10) disminuye mas rápidamente que lo que aumenta el denominador y la velocidad diminuye rápidamente
como se le indica en la figura anterior. La línea discontinua representa la parte de carga ligera de la
característica en la que no se hacen funcionar los motores serie.
La velocidad excesiva en los motores serie no determina una corriente de inducido elevada (como en los
motores de inducción compuesto) que provocaría la fusión de un fusible o en disparo de un interruptor
automático y separando el inducido de red. Debe utilizarse algún otro método de protección contra el
empalamiento. En general los motores serie están equipados con interruptores centrífugos normalmente
cerrados en la zona de funcionamiento y que se abren a velocidades de aproximadamente 150% de la
velocidad nominal.
Motor compuesto aditivo. La ecuación básica de la velocidad para este motor puede escribirse en la forma.
S=K*((V−I(Ra−RS))/Qf−Qt
Y simplificarse mas en la forma
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S=K((E/Qf−Qt)
Al comparar el motor compuesto aditivo con S= KE / flujo para el motor derivación. Es evidente que, al
aumentar la carga y la corriente de inducido, el flujo producido por la excitación serie también aumenta en
tanto que la fuerza contraelectromotriz disminuye. Por consiguiente, el denominador aumenta mientras que el
numerador disminuye proporcionalmente mas que para un motor compuesto aditivo disminuirá mas
rápidamente que el motor shunt con la aplicación de carga, como se indica en la figura anterior
Motor compuesto diferencial. Para el motor compuesto aditivo puede modificarse ligeramente para indicar el
efecto de la fmm de excitación opuesta, con lo que la velocidad se expresa
S= KE/ Kf−Ks
Al aumentar la carga e I, el numerador de la fracción disminuye ligeramente pero el denominador disminuye
mas rápidamente. La velocidad puede disminuir ligeramente con pequeñas cargas, pero al aumentar la carga la
velocidad aumenta. Esta condición es causa de una inestabilidad dimamica. Al aumentar la velocidad, la
mayoría de cargas mecánicas aumentan automáticamente determinando un aumento de corriente, una
disminución de flujo total y una velocidad mayor, originando aun más carga. Debido a esta inestabilidad
inherente, los motores diferenciales se usan en raras ocasiones. En un laboratorio de maquinaria en que se
ensayan estos motores, el estudiante puede ocasionalmente observar una condicion en la que un motor
diferencial empieza a embalarse y súbitamente disminuye su velocidad e invierte su sentido. Al disminuir la
fuerza electromotriz debido a la disminución del flujo mutuo, la corriente del inducido y el par aumentan de
forma tal que el flujo de excitación serie supera al flujo de excitación derivación, con lo que el motor invierte
su sentido. Es por esta razón que, cuando se arranca un motor diferencial, para finalidades de ensayo en el
laboratorio, debe tenerse cuidado de eliminar la excitación serie de modo que la elevada corriente de arranque
y de inducido no ocasione el arranque del motor en sentido opuesto.
Comparación de las características de par y velocidad−carga a la carga nominal
Las curvas se desarrollan para la maquina de corriente continua funcionando a partir del mismo punto en
vacío.pero ya que toda la maquinaria eléctrica se especifica en función de sus valores nominales, la
comparación entre las características par−carga y velocidad−carga debe realizarse a la carga nominal. Si se
comparasen motores de corriente continua de la misma tensión, potencia y velocidad nominales obtendrían las
curvas.
Nótese que el motor derivación desarrolla una potencia ligeramente superior que motor compuesto debido a
que gira a una velocidad superior a la nominal. Nótese también que el par del motor compuesto es mayor del
par del motor shunt debido a la adicción del flujo de excitación serie. Es precisamente a causa de este flujo
adicional que la velocidad del motor compuesto disminuye.
Obsérvese que el 50% de la reducción de la corriente de excitación serie, debido a la corriente que circula por
la resistencia en derivación sin pasar por el debando de excitación, ha determinado una brusca elevación de
velocidad de orden del 200% de los valores originales
Regulación de velocidad. La regulación de velocidad de un motor se define como la variación de velocidad
desde la carga nominal a carga nula, expresada en tanto por ciento de la velocidad a la carga nominal. En
forma de ecuación la regulación de velocidad se convierte en
Regulación de velocidad en %=(Sin−Sfl/Sfl)*100
A través del examen de las curvas, es evidente que los motores derivación pueden clasificarse como motores
de velocidad bastante constante, cuya regulación de velocidad es buena. La regulación de velocidad del motor
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compuesto aditivo es más pobre que la del motor derivacion; su regulación de velocidad tiene el valor mas
alto; la regulación de velocidad del motor serie es muy pobre. Tanto el motor aditivo como el motor serie se
consideraba como, motores de velocidad variable.
El motor compuesto diferencial tiene una regulación de velocidad negativa, que siempre puede asociare a
inestabilidad en la carga.
Par externo, potencia nominal y velocidad. Debe notarse que, al comparar los motores, la comparación se
hizo en función de los valores de la potencia de salida (es decir, 1HP=33000 pie−lb/min) como medida de la
capacidad del motor para efectuar trabajo mecánico. Los valores de la potencia nominal para un motor son
más significativos que la potencia interna desarrollado por el inducido por las rezasen descritas en el aparato.
Por consiguiente, al especificar y seleccionar motores, puede plantearse la cuestión de la cantidad de par
externo disponible en la polea o el eje del motor para realizar trabajo útil a una determinada velocidad
nominal. La ecuación que expresa la ecuación entre el par externo, la velocidad y la potencia se deduce como
sigue:
Sea F la fuerza útil desarrollada por todos los conductores de inducido que producen electromagnético, r el
radio del inducido en pies, n el numero de revoluciones del inducido y t el tiempo ( 1 min ) necesario para que
el inducido gire n veces.
El trabajo realizado por revolución del inducido es, pues
W=F*2*pi*r pie lb/revolución
Y la potencia o ritmo de realización de trabajo de un inducido giratorio es, en pie lb/min
P=W/t=(2*F*pi*r pies lb/rev)*n/t rpm
Pero ya que el par T=Fr y la velocidad S=n/t por definición, entonces
P=W/t=2*pi*T*S pies lb/min
Hp=(2*pi*T*S pies lb/min)/(33000 pies lb/min/hp)
Hp=T*S/5252
La relación anterior permite él calculo del par electromagnético interno a una velocidad determinada.
También permite él calculo del par disponible en la polea, dadas las velocidades y potencias nominales de un
motor.
Inversión del sentido de giro. A fin de invertir el sentido de giro de cualquier motor de corriente continua, es
necesario invertir el sentido de la corriente que circula a través del inducido con respecto al sentido del campo
magnético. Tanto para el motor derivación como para el motor serie, esto se realiza simplemente invirtiendo o
bien el circuito del inducido con respecto al circuito de excitación o viceversa. La inversión de ambos
circuitos producirá el mismo sentido de giro.
Podría parecer que ya por el circuito de excitación circula menos corriente que por el inducido, el primero
sería elegido para la inversión. Sin embargo, al proyectar arrancadores y el equipo de control automático, el
circuito de inducido, se elige generalmente para la inversión debido a: (1) la excitación es un circuito
altamente inductivo y las inversiones frecuentes producen fem. Inducida elevada y picado de los contactos del
interruptor que se utiliza para conseguir la inversión del circuito de excitación (2) si la excitación derivación
se invierte, la excitación serie también debe invertirse ya que de otra manera un generador compuesto aditivo
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quedaría conectado diferencialmente, (3) las conexiones del circuito de inducido están normalmente abiertas a
fin de hacer posible el frenado dinámico o degenerativo y como estas conexiones existen pueden utilizarse
para la inversión, y (4) si el interruptor de inversión falla y el circuito de excitación no se cierra, el motor
puede embalarse.
En el caso del motor compuesto por consiguiente, con la inversión de solo las conectes de, inducido, se sigue
una inversión de sentido de giro tanto para las conexiones en derivación larga como en derivación corta como
se indica en la figura sgte. , Sin variación del sentido de la corriente en los devanados de excitación.
Por las razones anteriores, por consiguiente, la inversión del sentido de giro impone la inversión de las
conexiones del inducido unicamente, como se indica en la figura.
Inversión del sentido del sentido de un motor compuesto con derivación larga o corta.
Motores de Corriente Continua
Los motores trabajan sobre el principio de que un conductor por el que circula una corriente y que se
encuentra en un campo magnético tienda a moverse en ángulo recto con respecto al campo. La dinamo
ordinaria funcionara de manera totalmente satisfactoria como motor y tendrá la misma capacidad nominal.
Los conductores del motor giran en un campo magnético y por lo tanto, deben desarrollar una f.e.m
justamente como lo hacen en la dinamo. La f.e.m inducida es:
E=K*Flujo*N
Donde K es una constante, el Flujo que entra en el inducido procedente de un polo norte, y N la velocidad en
r.p.m. Esta f.e.m esta en oposición a la tensión aplicada en los terminales y tiende a oponerse a la corriente
que entra en el inducido. Su valor es:
E=V−(I*R)
Donde V es el voltaje en los terminales, I la intensidad de la cte en el inducido, y R la resistencia del mismo.
De la formula se ve que velocidad es:
N=K*E/Flujo
Donde K=1/K. Esta es la ecuación fundamental de la velocidad de un motor. Eliminando E entre la formula.
N=(V−(I*R)/Flujo
Que es la ecuación general de la velocidad de un motor.
El momento del par de la rotación interno o electromagnético desarrollado por un inducido es proporcional al
flujo y a la intensidad de la cte del inducido.
Cuando K es una constante. El momento del par de rotación en la polea es ligeramente menor que el del par
interno por el momento necesario para vencer las perdidas por rotación, tales como rozamiento, corriente de
aire, perdidas por corrientes parásitas e hitéresis, que tienen lugar en el fierro del inducido y en las caras de los
polos.
La potencia mecánica total desarrollada interiormente es:
P=EI vatios=EI / 735 caballos métricos=EI / 746 caballos ingl.
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El momento par interno de torsión, en m−Kg, se transforma en consecuencia, en:
T=EI 4500/2*3.1416*735N=0.975EI / N
Sea VI el consumo del motor. La producción del motor es Vin, donde n es el rendimiento. La potencia en
caballos es.
Pn=Vin / 735
Y el momento de par o motor de rotación es:
T=4500 Ph / 2*3.1416*N=716.6 Ph / N m−Kg
Donde N es la velocidad en r.p.m.
El MOTOR SHUNT
En el motor shunt el flujo es substancialmente constante e IR es el 2 al 6 por ciento de V. Por tanto según la
formula la velocidad varia solo ligeramente con la carga, de manera que el motor se adapta a los trabajos que
requieran velocidad constante. La regulación de velocidad de los motores de velocidad constante es definida
por las American Definition of Electrcal Terms C como sigue:
La regulación de un motor de corriente continua y velocidad constante, es cambio de velocidad cuando la
carga se reduce gradualmente desde su valor nominal a cero, con voltaje aplicado y disposición del reóstato de
campo constantes, expresado en porcentaje de la velocidad a la carga nominal.
La regulación de velocidad, en porcentaje bajo cada condición es a 100(ac−bc) / bc. El motor es capaz de
desarrollar el par de plena carga y aun
La regulación de velocidad, en porcentaje bajo cada condición es a 100(ac−bc) / bc. El motor es capaz de
desarrollar el par de plena carga y aun mayor en el arranque, pero el arrancador ordinario no esta calculado
para soportar la corriente necesaria para arrancar con carga, el arrancador debe ser provisto de resistencias
adaptadas para soportar la cte. necesaria sin recalentarse; para el mismo objeto de arrancar con carga se adapta
también un regulador.
El motor shunt se conecta de la misma manera que el generador shunt. Es decir que su circuito inductor se une
directamente a la línea de alimentación y en derivación con el inducido.
Si aumenta el par resistente en cualquier aparato rotatorio transformador de potencia, las reacciones
resultantes deben ser tales que provoquen un aumento del par desarrollado. De otra manera, el aparato no
marcharía.
Si se aplica una carga en el motor, éste tiende inmediatamente a moderar su marcha. En el motor shunt, el
flujo inductor permanece prácticamente constante y la reducción de velocidad disminuye la f.c.e.m.
Si la f.c.e.m. decrece, afluye mas corriente al inducido hasta que su aumento produce un par suficiente para
equilibrar la demanda correspondiente al aumento de carga. Por lo tanto, el motor shunt esta siempre en
condiciones de equilibrio estable, puesto que ante las variaciones de la carga reacciona siempre adoptando la
potencia absorbida a dichas variaciones.
La adaptación a una utilización definida la determinan casi exclusivamente dos factores: la variación del par
con la carga y la variación del de la velocidad, con la carga.
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En el motor shunt, el flujo inductor es prácticamente constante. Por lo tanto el par electromagnético variará
casi en proporción directa con la intensidad de la corriente del inducido. Por ejemplo:
Par en Kgm
20
16
14
10
6
4
2
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Amperios
Características par−corriente de un motor con excitación en serie y otro en derivación.
Cuando la corriente en el inducido es de 30 amperios, el motor desarrolla 5.53 mKg; y cuando la corriente es
de 60 amperios, 11.1mKg. Es decir que el par se duplica cuando lo hace la cte.
La velocidad de un motor varía de acuerdo a una formula de la que se deduce que:
S=K*(V−I*R / Q)
En los motores shunt, K, V, R y Q son sensiblemente constantes. Por lo tanto, la única variable es I. Cuando la
carga del motor aumenta, I crece y el numerador de la fracción decrece. En general el denominador varia muy
poco. La velocidad del motor disminuirá al aumentar la carga. Como I R es ordinariamente del 2 al 6% de V,
el porcentaje de reducción de velocidad del motor es del mismo orden de magnitud. Por este motivo se
considera que el motor shunt es de velocidad constante, aun cuando la velocidad disminuya ligeramente con el
aumento de la carga.
Debido a la reacción del inducido, el flujo decrece ordinariamente un poco cuando crece la carga y esto tiende
a mantener la velocidad constante.
Características tipicas de un motor shunt.
Excepcionalmente, la reacción del inducido debería ser suficientemente grande para que la característica de
velocidad fuera ascendente al aumentar la carga.
En los motores de corriente continua y especialmente los de velocidad prácticamente constante, como los
shunt, la variación de velocidad producida cuando funciona en carga y en vacío da una base de criterio para
definir sus características de funcionamiento
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Los polos de conmutación han mejorado la conmutación de los dinamos de tal manera que es posible usar un
entrehierro mucho más estrecho que antiguamente
CONEXIONES DE LOS MOTORES SHUNT Y SUS ARRANCADORES
Como con él entre hierro más estrecho se requieren mas amperios vuelta inductores, el inducido se magnetiza
intensamente respecto al inductor. Por tanto, una sobrecarga súbita podría debilitar el campo por la reacción
del inducido, causando, en consecuencia, un incremento de velocidad, y si el efecto se vuelve acumulativo se
embalará el motor. Para impedirlo los motores shunt modernos van provistos ordinariamente de un bobinado
estabilizador, que consiste en unas cuantas vueltas devanadas sobre el inductor en serie con el inducido y que
ayudan al inductor en derivación. El incremento de los amperios vuelta compensará cualquier debilitamiento
del inductor por reacción del inducido. El motor shunt arboles de transmisiones de velocidad constante, para
maquinas herramientas, etc. Como su velocidad puede variarse eficientemente es muy útil cuando sé necesitan
velocidades regulables, como en el accionamiento individual de maquinas herramientas.
Arrancadores para motores shunt. Cuando el motor esta parado, su fuerza contra electromotriz es nula y la
resistencia del inducido es muy baja. Por tanto, excepto los motores de tamaño muy pequeño, se necesita para
el arranque conectar una resistencia en serie con el circuito del inducido. Por el contrario, tiene que conectarse
en derivación a la línea para que pueda obtener excitación plena.
Característica de velocidad y el momento del par de los motores de corriente continua.
En la fig. anterior representa una caja de arranque de tres puntos usados en los motores shunt. La resistencia
del inducido solo permanece en el circuito durante el arranque. En la caja de tres puntos se mantiene la
palanca de arranque en la posición de marcha venciendo la fuerza de un resorte, con un electroimán conectado
en serie al circuito inductor, de manera que, si se interrumpe este circuito o baja demasiado la tensión de línea
se libera la palanca y el circuito del inducido se abre automáticamente.
En los motores grandes y en muchos pequeños, se usan frecuentemente arrancadores automáticos. Las
ventajas de los arrancadores automáticos son que la corriente se mantiene entre ciertas intensidades máxima y
mínima, de manera que el circuito no se abre por un arranque demasiado rápido, como puede ocurrir con los
de accionamiento manual; la aceleración es suave y casi uniforme; los relés o relevadores de máxima
intensidad no son difíciles de proyectar ; las resistencias y sus contactos pueden colocarce en un lugar
conveniente ; solo se calculan para soportar las pequeñas intensidades de cte necesaria para accionar los relés
o relevarles. En los arrancadores automáticos modernos, las resistencias en serie con el inducido se va
poniendo sucesivamente en corto circuito por contactos auxiliares por relés. Ninguno de los relés puede
accionar y quitar más resistencias hasta que la cte. haya bajado a una intensidad predeterminada. Como los
operarios pueden arrancar y parar un motor por simple opresión de un motor, se obtiene una economía
considerable parando al motor cuando no se necesita. Los arrancadores automáticos son esenciales en los
motores de ascensores o elevadores para que se pueda obtener una aceleración rápida y suave en los arranques
y paradas frecuentes . También es muy necesario el arranque automático en el accionamiento de unidades
múltiples de coche o vagones de ferrocarriles eléctricos y en motores de laminadores, siempre sometidos a
rápidas aceleraciones paradas e inversiones de movimiento. Conmutación. Las escobillas que van sobre el
conmutador de un motor deben asentarse en una posición tal que la f.e.m. inducida en las bobinas de inducido
en que esta realizando la conmutación, ya ha sido puesta, por tanto, en coto circuito por dichas escobillas, sea
nula. En la practica, esta condición solo puede realizarse aproximadamente en el mejor de los casos; con
frecuencia, las circunstancias son tales que dicha condición esta lejos de verificarse. Sin carga, las escobillas
deben colocarse en coincidencia con el eje geométrico neutro de la maquina, porque bajo estas condiciones la
f.e.m. inducida en las bobinas puestas en corto circuito por las escobillas es nula. A medida que se aplica
carga, dos factores producen chisporroteo bajo las escobillas. La f.e.m. del inducido, o reacción del mismo,
distorsiona el flujo cuando se invierte la corriente que pasa por las bobinas en que sé esta realizando la
conmutación, una f.e.m. de autoinducción tiende a prolongar, la circulación de la corriente lo que produce el
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chisporroteo. En un motor las escobillas se desplazan hacia atrás de modo correspondiente, en sentido
contrario a la rotación.
Teóricamente, las escobillas deberían desplazarse en cada cambio de carga; pero prácticamente todos los
dinamos tienen ahora polos de conmutación (o interpolos) y, con ellos, las escobillas pueden permanecer en
plano neutro correspondiente a sin carga y obtenerse una buena conmutación en todo el intervalo de carga.
Los polos de conmutación son polos pequeños y son excitados por un devanado conectado en serie con el
inducido. Su función es neutralizar la distorsión del flujo en el plano neutro producida por la reacción del
inducido y suministrar además un flujo que induzca una f.e.m. en los conductores en que se verifica la
conmutación. Los polos de conmutación han posibilitado la construcción de motores de corriente continua de
voltaje mucho más alto, de mayores velocidades y de mayores capacidades nominales en Kw lo que no seria
posible sin ellos. En un motor, siguiendo desde un polo principal el sentido de rotación del inducido, se deberá
encontrar un polo de conmutación. La prueba se efectúa fácilmente.
Aunque las f.e.m. inducidas en las bobinas en las que se realiza la conmutación es relativamente pequeña, la
resistencia de las propias bobinas es baja, manera que, de no introducir resistencia adicional, las corrientes de
cortocircuito serán intensas. Por tanto, se usan casi siempre escobillas de carbón que tienen resistencia de
contacto relativamente elevada.
MOTOR SERIE
En los motores con excitación en serie, el inductor esta conectado en serie con el inducido. El inductor tiene
un número relativamente pequeño de espiras de hilo, que debe ser de sección suficiente para que se pase por él
la corriente de régimen que requiere el inducido.
Conexión de un motor serie
En los motores serie, el flujo depende totalmente de la intensidad de la corriente del inducido. Si el hierro del
motor se mantiene a saturación moderada, el flujo será casi directamente proporcional a dicha intensidad. Por
lo tanto la expresión del par T=K*I*Flujo puede escribirse
T= K * I * (2)
Si se supone que el flujo es proporcional a I siendo K una constante.
El par es pues proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente en el inducido cuando la corriente es
de 30 amperes, el par es de 2.75 mKg; y a 60 amperes, el par es de11 mKg. Es decir que, al duplicarse la
intensidad de la corriente del inducido, el par se cuadruplica. Puede observarse que cuando la corriente es de
intensidad superior a 60 amperes, el par aumenta muy rápidamente. Esta característica del motor serie hace su
empleo muy conveniente cuando se requiere un gran aumento del par para un aumento moderado de la
intensidad de la corriente. En la práctica, la saturación y la reacción del inducido tienden a oponerse a que el
par aumente con la misma rapidez que el cuadro de la intensidad de la corriente.
Cuando se aplica la fórmula:
S = K * (((V−I*(Ra+Rs)) / Flujo
En esta expresión, K es una constante, V la tensión entre los terminales, I la intensidad de la corriente en el
motor, Ra la resistencia del inducido, Rs la resistencia del inductor serie y el flujo es el que penetra en el
inducido desde un polo N. La resistencia del inductor serie se suma, en este caso, a la resistencia del inducido
para dar la resistencia del motor. Tanto la intensidad de la corriente como el flujo vario con la carga.
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Al creer la carga, la caída de tensión en el inductor y en el inducido aumentan, siendo dicha caída
proporcional a la intensidad de la cte. Por lo tanto, la f.c.e.m y el numerador de la formula ya indicada
disminuyen, con lo que la velocidad tiende a decrecer, aunque, como en el motor shunt, el porcentaje de
disminución debido a este factor es muy reducido. No obstante, el aumento de flujo en denominador, es casi
directamente proporcional al de la intensidad de la cte. Resulta de ello que si aumenta la intensidad se reduce
el numerador y aumenta el denominador de la formula indicada, y la velocidad del motor disminuirá cuando
aumente la carga. La caída de tensión debida a la resistencia es del 3 al 8% de la tensión entre terminales V,
de manera que su influencia en la disminución de la velocidad es del mismo orden. La velocidad es
inversamente proporcional al flujo y una determinada variación de flujo da origen a una misma variación
proporcional de la velocidad.
Cuando el par resistente aumenta, las reacciones que se producen son las siguientes: debe reducirse la
velocidad por lo menos momentáneamente, puesto que el par resistente supera el valor del par
electromagnético y, por el momento ni la cte ni el flujo han variado. Con ello se reduce la f.c.e.m. y aumenta
su diferencia con la tensión entre terminales. Por consiguiente la intensidad de la cte crece y produce un
aumento del flujo y del par electromagnético. Los valores de la velocidad y la intensidad de la cte se
reajustaran por si mismos hasta que el par electromagnético sea igual a la suma del par resistente y del par de
fuerzas pasivas o perdidas y se conseguirá el equilibrio. Como el par electromagnético crece aprox como el
cuadrado de la intensidad, el aumento de esta y del par correspondiente es menor que en el motor shunt.
Cuando el par resistente decrece, el inducido se acelera, momentaneamenta por lo menos, aumentando la
f.c.e.m., puesto que del primer instante la cte y el flujo no sufren variación. En consecuencia, la intensidad de
la cte y el flujo inductor decrecerá y también lo hará el par electromagnético. La velocidad y la intensidad se
irán corrigiendo por si misma hasta alcanzar el equilibrio.
Si se suprime totalmente la carga, el flujo se reduce extremadamente, con lo que la velocidad se hace muy
grande. Es peligroso dejar sin carga los motores serie, porque es casi seguro que sus inducidos alcanzaran
velocidades para las cuales la fuerza centrifuga puede llegar a hacerlos saltar en pedazos.
Características típicas de un motor serie.
La figura anterior representa las curvas características de un motor serie de 5 caballos en las que se ha tomado
la potencia útil como la abscisa. La curva de par tiene la concavidad hacia arriba, por las razones mas arriba
señaladas. La velocidad varia prácticamente en sentido inverso al de la intensidad de la corriente. A
intensidades de corriente elevadas, la velocidad es pequeña y para intensidades pequeñas la velocidad es
grande. Las características no pueden determinarce para intensidades pequeñas de la corriente, por que las
velocidades hace peligrosamente grande.
El rendimiento crece rápidamente al principio, alcanza un máximo, y luego decrece, lo que se debe al hecho
de que, para pequeñas cargas, las resistencias pasivas y las perdidas y las perdidas del hierro son grandes en
comparación con la carga, y la influencia relativa de esta perdidas se reduce al aumentar la carga. Las perdidas
en el inductor y el inducido varían con el cuadrado de la intensidad de la corriente ( I *R), de manera que
crecen rápidamente con la carga. El rendimiento máximo corresponde al momento en que las perdidas por
resistencia pasivas y en el hierro son prácticamente iguales a las perdidas en el cobre. Estas curvas
características deben compararse detenidamente con las correspondientes al motor shunt.
Los motores series se utilizan para los casos en que se exige un gran par de arranque, como en los tranvías,
locomotoras y grúas. Además del gran par de arranque, tienen otras características que los hace especialmente
adecuados para la tracción. Supongamos que se emplea en un motor shunt para un tranvía. Cuando el coche
asciende por una rampa, el motor shunt mantiene la velocidad del mismo a un valor aproximadamente igual al
que tendría si el tranvía se moviera sobre un piano horizontal. El motor tiende, por lo tanto, a absorber una
corriente excesiva. Un motor serie, en cambio, ya mas despacio en la rampa, debido a la mayor intensidad de
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la corriente de4mandada, y, por lo tanto, desarrolla un par mayor a velocidad menor. La reducción de la
velocidad permite al motor desarrollar un gran par con un aumento moderado de potencia. Por consiguiente, la
potencia de un motor shunt en las mismas condiciones.
Cuando se trazan las características de los motores de tracción, las curvas se refieren a la potencia en la llanta
de las ruedas y no en el eje del motor. La figura siguiente representa una de estas características para u motor
General Electrice a 500 volees y de 75 caballos, para servicios ferroviarios. Obsérvese que la característica se
refiere al esfuerzo de tracción y no al par. La velocidad del tren reemplaza el r.p.m. del inducido. Estas curvas
difieren de las del par referido a las revoluciones obtenidas en la polea en una constante de proporcionalidad,
determinada por la relación de engranajes y por el diámetro de las ruedas. Hay una ligera pérdida de par en los
engranajes. La curva de rendimiento se refiere a la llanta de la rueda en contacto con el carril. Estas curvas
características se parecen mucho a las de la figura mencionada anteriormente.
Caracteristcas típicas de un motor serie ferroviario de 75 caballos..
Motor excitado en serie. En el motor en serie, el inducido y el inductor están conectados en serie. Por tanto, se
desprecia la saturación, el flujo es proporcional a la intensidad de la corriente y al momento del par de
rotación varia como el cuadrado de dicha intensidad. En consecuencia, cualquier incremento de la intensidad
producirá un incremento mucho mayor que proporcional del momento del par. Esto hace que este motor se
adapte particularmente bien a los trabajos de tracción, grúas, malacates, servicio de ascensores y otros tipos de
labores que requieran grandes pares de arranque. Un estudio muestra que con un incremento de la intensidad
de la corriente el numerador solo varia ligeramente, mientras que la variación del denominador es casi
proporcional a la de la intensidad. Por tanto, la velocidad del motor en serie varía prácticamente en razón
inversa de la intensidad de la corriente. Con sobrecargas, la velocidad cae a valores muy bajos. Cuando
disminuye la carga, la velocidad tiende a infinito, teóricamente. Por eso el motor en serie debe estar conectado
siempre a su carga por un mecanismo directo, como por ejemplo por engranajes, de manera que no pueda
alcanzar velocidades inseguras.
Conmutación. Las escobillas que van sobre el conmutador de un motor deben asentarse en una posición tal
que la f.e.m. inducida en las bobinas de inducido en que esta realizando la conmutación, ya han sido puestas,
por tanto, en coto circuito por dichas escobillas, sea nula. En la practica, esta condición solo puede realizarse
aproximadamente en el mejor de los casos; con frecuencia, las circunstancias son tales que dicha condición
esta lejos de verificarse. Sin carga, las escobillas deben colocarse en coincidencia con el eje geométrico neutro
de la maquina, porque bajo estas condiciones la f.e.m. inducida en las bobinas puestas en corto circuito por las
escobillas es nula. A medida que se aplica carga, dos factores producen chisporroteo bajo las escobillas. La
f.e.m. del inducido, o reacción del mismo, distorsiona el flujo cuando se invierte la corriente que pasa por las
bobinas en que sé esta realizando la conmutación, una f.e.m. de autoinducción tiende a prolongar, la
circulación de la corriente lo que produce el chisporroteo. En un motor las escobillas se desplazan hacia atrás
de modo correspondiente, en sentido contrario a la rotación.
Teóricamente, las escobillas deberían desplazarse en cada cambio de carga; pero prácticamente todos los
dinamos tienen ahora polos de conmutación (o interpolos) y, con ellos, las escobillas pueden permanecer en
plano neutro correspondiente a sin carga y obtenerse una buena conmutación en todo el intervalo de carga.
Los polos de conmutación son polos pequeños y son excitados por un devanado conectado en serie con el
inducido. Su función es neutralizar la distorsión del flujo en el plano neutro producida por la reacción del
inducido y suministrar además un flujo que induzca una f.e.m. en los conductores en que se verifica la
conmutación. Los polos de conmutación han posibilitado la construcción de motores de corriente continua de
voltaje mucho más alto, de mayores velocidades y de mayores capacidades nominales en Kw lo que no seria
posible sin ellos. En un motor, siguiendo desde un polo principal el sentido de rotación del inducido, se deberá
encontrar un polo de conmutación. La prueba se efectúa fácilmente.
Aunque las f.e.m. inducidas en las bobinas en las que se realiza la conmutación es relativamente pequeña, la
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resistencia de las propias bobinas es baja, manera que, de no introducir resistencia adicional, las corrientes de
cortocircuito serán intensas. Por tanto, se usan casi siempre escobillas de carbón que tienen resistencia de
contacto relativamente elevada.
MOTORES PASO A PASO
Los motores paso a paso vienen a cerrar las descripciones dedicada a este amplio conjunto de dispositivos
capaces de transformar la energía eléctrica en mecánica. Este tipo de motor, a pesar de tener una concepción
bastante antigua, únicamente a podido emplearse en la practica a partir del momento en que la tecnología de
semiconductores ha permitido el desarrollo de circuitos de actuación y control suficientemente rápidos y
adecuados.
En definitiva, las aplicaciones fundamentales de este tipo de motor son aquellas en las que se precisa un
sistema de posisionamiento seguro y fiable sin tener que recurrir a otros sistemas más complejos del tipo
servomecanismo. Además, soluciona con relativa sencillez otros casos en los que la exigencia en cuanto a la
velocidad de accionamiento determinados movimientos discontinuos exigirían complicados montajes
basándose en motores ordinarios asociados a sistemas de frenado de gran seguridad y de muy problemática
ejecución practica.
Lógicamente existen numerosos tipos de motores paso a paso para cubrir esta amplia gama de aplicaciones
entre los que existen diferencias en cuanto a su principio de funcionamiento, además de las lógicas derivadas
del tamaño y potencia mas adecuados para cada caso concreto.
Principio de funcionamiento.
El principio de funcionamiento esta basado en un estator constituido por varios arrollamientos independientes
devanados sobre
En la figura se muestra el principio de funcionamiento de un motor paso a paso. Al hacer circular impulsos de
corriente por las bobinas, el rotor se desplazara en forma discontinua a base de varios pasos angulares
Un material ferromagnetico y un rotor que puede girar libremente en el seno del estator.
Estos diferentes bobinados son alimentados uno a continuación del otro y causan un determinado
desplazamiento angular que se denomina paso angular y que es la principal característica del motor. El
sentido de rotación estará definido por la secuencia en la que se han excitado los diferentes arrollamientos.
Principio de funcionamiento de un motor paso a paso. Al hacer circular impulsos de cte por las bobinas, el
rotor se desplazará en forma discontinua a base de varios pasos angulares.
Tipos de motores paso a paso.
Existen dos tipos básicos de motores paso a paso. El primero de ellos funciona por el efecto de reacción que
se produce entre un campo electromagnético y un imán permanente. El segundo funciona mediante la acción
de un campo electromagnético sobre un rotor de hierro, el cual, como es sabido, presenta un magnetismo
remanente muy débil. A este tipo se le conoce4 como motor paso a paso de reluctancia variable.
En ambos casos se precisa de un circuito o equipo externo que distribuya la alimentación en forma
secuencial a todos los arrollamientos del estator, de forma que únicamente se encuentren excitados uno
cualquiera de ellos en cada momento. En consecuencia, el sistema de alimentación no será una corriente
continua o alterna como en los tipos tratados con anterioridad, sino que estará formado por impulsos de
tensión y corriente. Suponiendo una secuencia constante y uniforme de impulsos de excitación que se envían
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a los devanados con una frecuencia f y que el motor contiene un numero de bobinas n, se obtendrá una
velocidad de giro V=f/n revoluciones por segundo, bien entendido que cada vuelta recorrida por el rotor se
compondrá de tantos saltos como bobinas diferentes existan en el estator, cantidad en que en este caso se ha
definido como n. El desplazamiento angular obtenido de cada paso se calculara dividiendo los 360 grados
correspondientes a una vuelta por el numero de arrobamientos n, es decir, que D=360/n.
Esquema simplificado de un motor paso a paso de imán permanente compuesto por dos bobinados y un paso
angular de 90 grados.
Motor paso a paso de reluctancia variable. Cada uno de los dientes del rotor da lugar al avance del paso
angular.
Motores de imán permanente.
Motor paso a paso de imán permanente esta formado por un estator de forma cilíndrica con un cierto numero
de bobinas alimentados en secuencia que crean un campo magnético giratorio de manera discontinua. El
rotor concéntrico con el estator y situado sobre el eje contiene un imán fuertemente magnetizado que en ceda
instante tendera a alinearse con el campo magnético creado por la correspondiente bobina del estator. Como
puede observarse su modo de operación no podría ser más simple ya que esta basado en las fuerzas de
atracción desarrolladas entre dos imanes, uno permanente y el otro temporal.
Normalmente y a diferencia de los motores sincronías el imán del rotor es bipolar y los polos norte y sur se
encuentran en los extremos opuestos de uno e los diámetros del cilindro del rotor.
Él numero de bobinados de que dispone en el estator este tipo concentro suele ser de dos o cuatro, con los
que se obtiene cuatro pasos por cada vuelta, y el desplazamiento angular será de 90 grados. Las frecuencias
de trabajo empleadas suelen ser bajas y el par motor elevado devido a la presencia del imán. Sin embargo es
conveniente tener en cuenta algunas consideraciones a cerca del máximo par de accionamiento que puede
ofrecer este motor supongamos un cierto modelo constituido por dos bobinados a los que se aplican impulsos
con doble polaridad según la secuencia que se puede observar.
Cuando la alimentación alcance al bobinado, el imán permanente se va a alinear con el campo creado, de
forma que justo en el momento en que ambos campos se encuentran exactamente en línea, el par motor se
anulara. Si el motor esta acoplado a algun mecanismo externo, esta situación no podrá alcazarse ya que el
par desarrollado deberá ser igual al necesario para mover la carga, por lo tanto, se formara un cierto ángulo
entre los dos campos.
Este par será máximo cuando el ángulo citado sea de 90 grados pero al llegar la excitación al segundo
bobinado el nuevo ángulo será de 180 grados, con lo que el par se anulará. Por lo tanto se deduce que un
motor de este tipo no deberá nunca ser cargado con ,mecanismos que requieran un par cuyo ángulo de
mantenimiento supere los 45 grados, aunque en la practica se reduce este valor a 30 grados
aproximadamente.
Motor de reluctancia variable.
El motor paso a paso de reluctancia variable se desarrolla con objeto de poder conseguir unos
desplazamientos angulares mas reducidos que en el caso anterior sin que de aumentarse considerablemente
el numero de bobinados. El estator presentará la forma cilindrica habitual conteniendo generalmente un total
de tres devanados distribuidos de tal forma que existirá un ángulo de 120 grados aproximadamente entre dos
de ellos. El rotor esta formado por un núcleo de hierro dulce de estructura cilíndrica pero con una cierta
cantidad de dientes tallados longitudinalmente a lo largo de su superficie lateral.
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Para analizar su modo de operación se va a suponer un motor constituido por tres devanados. B1, B2 y B3,
excitados secuencialmente y un rotor con cuatro dientes, D1, D2, D3 y D4. Cuando el primer
arrollamiento(B1) recibe la alimentación, atraerá al rotor hasta que él diente mas cercano se alinee con el
campo, por ejemplo, D1; al llegar la excitación a B2, el diente D2 será el mas próximo, con lo que el rotor
girará 30 grado, de la misma forma, con el siguiente impulso aplicado a B3 será el diente D3 el alineado, con
un segundo de paso de 30 grados y al volver la alimentación a B1 será atraído D4, avanzando un ángulo
igual a los anteriores.
Secuencia de funcionamiento de un motor de imán permanente de dos bobinados: a). Excitación del bobinado
1 b). Excitación del bobinado 2 c). Excitación de 1 con polaridad invertida d). Nueva excitación del 2 con
polaridad invertida, el ángulo que formara al rotor al cargar el motor con el máximo par.
Como fácilmente puede deducirse en este caso y a diferencia del anterior, la polaridad o sentido de circulación
de la corriente en cada devanado es indiferente, ya que al no estar imantado el rotor siempre se desplazará
hasta la posición en que la reluctancia del circuito magnético del estator sea minima.
Para obtener desplazamientos angulares de 15 grados será nescesario aumentar el número de dientes del rotor
hasta ocho y esta cifra se hará tanto mayor cuanto mas reducido sea el avance de cada paso.
En este tipo de motores son también aplicables las consideraciones que sobre el par de accionamiento han sido
exspuestas anteriormente.
La principal característica de estos motores de reluctancia variable es la elevada velocidad de accionamiento
que permiten siendo normal la cifra de 1200 pasos por segundo.
Otra forma constructiva para este tipo de motor es de efectuar un agrupamiento de varios conjuntos
rotor−estator alimentando a estos últimos secuencialmente. Los pasos se obtienen por el posesionado de los
bobinados de cada estator, alineando los tres rotores y constituyendo un rotor único. Existe, por ultimo, un
tercer tipo de motor paso a paso, denominado motor híbrido, que combina los diseños de ambos, obteniéndose
importantes pares de accionamiento, un gran numero de pasos por vuelta y una frecuencia bastante elevada de
trabajo.
CONCLUSIÓN
En este trabajo se han dado a conocer diversos tipos de motores de corriente continua. Los cuales pueden ser
utilizados en distintas aras de trabajo, como por ejemplo, los usados en grúas, ascensores etc... y por otra parte
tenemos el motor que hace funcionar la discketera de nuestra computadora. Estos dos ejemplos nos hacen
darnos cuenta cuán útiles son estas máquinas y que sin darnos cuenta giran en torno a nosotros y simplifican
nuestro diario vivir.
También nos interiorizamos en las partes principales de estas maquinas, ya que si estamos viviendo con ellas
hay que saber como y porque funcionan. Ya que al asombrarnos de alguna maquina n general por su fuerza o
eficacia, no debemos olvidar que tras ella hay un corazón que vendría siendo el motor, el cual siempre tiene
que estar en perfectas condiciones.
BIBLIOGRAFÍA
• MANUAL DEL INGENIERO DE MARKS.− Ingeniería eléctrica
• RELACIONES DE PAR EN MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA− Motores de corriente
continua.
• MICROSOFT ENCARTA 99 − Generadores eléctricos
• http:/ www.eupnt.com
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• MAQUINAS ELECTRICAS − Motores de corriente continua − shaptman.
• MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA − El motor.
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