ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN CONTROL Y REDES INDUSTRIALES

ASIGNATURA:

Máquinas Eléctricas II

TEMA:

Motores Eléctricos

PROFESOR:

Ingeniero. Jhony Vizuete

ESTUDIANTES:

Katherine Gabriela Estrada Colcha

Angélica León

Diana Aucapiña

CÓDIGO:

668

201

246072

SEMESTRE:

Octubre 2014- Febrero 2015

FECHA:

Lunes, 09 de Enero del 2015

OBJETIVOS:

Objetivo General:

Conocer los diferentes tipos de motores.

Objetivo específicos:

Comprender el principio en el que se basa la operación de los motores y su aplicación en los diferentes campos.

Identificar las partes constitutivas dentro de cada motor y su funcionamiento. Ampliar nuestros conocimientos dentro del campo de motores los cuales muchas veces se usan

diariamente.. Generar una crítica en base a lo que hemos investigado sobre los diferentes motores eléctricos.

MARCO TEÓRICO:

MOTOR UNIVERSAL

El Motor Universal es un tipo de motor que puede ser alimentado con corriente alterna o con corriente continua, es indistinto. Sus características principales no varían significativamente, sean alimentados de una forma u otra. Por regla general, se utilizan con corriente alterna. Son conocidos también con el sobrenombre de motor monofásico en serie.

La rotación se puede invertir cambiando la dirección de la corriente ya sea en el circuito de campo o en el inducido. El motor universal es el mismo motor serie de c.c. en el cual se ha alterado el diseño básico: Las pérdidas por histéresis se reducen empleando hierro al silicio laminado de alta permeabilidad; las pérdidas por corrientes parásitas se reducen al mínimo construyendo los circuitos magnéticos (estator , núcleo) con láminas de hierro - silicio especial; la reactancia del bobinado de campo se reduce empleando núcleos de polos cortos y bobinados de pocas vueltas; la reactancia del inducido se reduce utilizando bobinas compensadoras que se montan en el núcleo del estator.

Características Funciona con corriente alterna y con corriente directa. Posee un par de arranque muy elevado. La velocidad es directamente proporcional a la corriente. Se utiliza en herramientas manuales, electrodomésticos. Para invertir el sentido de rotación, se invierte el sentido de la corriente en cualquiera de los

bobinados.

Principio de funcionamiento

El motor eléctrico universal basa su funcionamiento en la ley de Laplace. El bobinado inductor y el bobinado inducido están conectados en serie. Al ser recorridos por una corriente, el bobinado inductor forma el campo magnético y el inducido por la ley de Laplace, al ser recorrido por la corriente y sometido a la influencia del campo magnético inductor, se desplaza, dando origen al giro del rotor.

Si aumenta el campo aumenta la fuerza, aumenta la velocidad. El campo magnético que produce la bobina inducida, provoca una deformación del flujo inductor llamada reacción del inducido.

En Corriente alterna (CA) o en corriente directa (CD) el sentido se mantiene por la acción momentánea de cada alternancia en particular. En CA produce una fuerza contra electromotriz por efecto transformador y por efecto generador. En CD sólo por efecto generador.

Características de funcionamiento:

En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas características. En corriente alterna se comporta de manera semejante a un motor serie de corriente continua. Como cada vez que se invierte el sentido de la corriente, lo hace tanto en el inductor como en el inducido, con lo que el par motor conserva su sentido. Menor potencia en corriente alterna que en continua, debido a que en alterna el par es pulsatorio. Además, la corriente está limitada por la impedancia, formada por el inductor y la resistencia del bobinado. Por lo tanto habrá una caída de tensión debido a la reactancia cuando funcione con corriente alterna, lo que se traducirá en una disminución del par. Mayor chispeo en las escobillas cuando funciona en corriente alterna, debido a que las bobinas del inducido están atravesadas por un flujo alterno cuando se ponen en cortocircuito por las escobillas, lo que obliga a poner un devanado compensador en los motores medianos para contrarrestar la fuerza electromotriz inducida por ese motivo. Partes:

En este motor sus partes son las mismas que las de un motor de continua con excitación en serie como son:

Colector de delgas Escobillas Devanados en el estator y rotor. Dos bornes mediante los cuales se alimentan el inductor e inducido en serie.

La respuesta de este motor en corriente continua es igual que un motor de corriente continua con excitación en serie y la respuesta en corriente alterna es similar al motor de corriente continua con excitación en serie ya que al invertirse el sentido de la corriente en el inductor (debido a la corriente alterna), en el inducido también se produce un cambio de sentido, así que el giro del motor siempre es en la misma dirección. Las características de funcionamiento en alterna dan peores prestaciones que en continua debido a las variaciones de la tensión de alimentación (corriente alterna) ya que las bobinas están alimentadas con corriente continua pulsante, igual que con un puente rectificador que en este caso es el colector de delgas.

Regulación de velocidad en el Motor Universal Por Reóstato: Al variar la flecha del reóstato se varía la corriente en el motor.

Por conmutación de resistencias: Al variar la conexión (conmutar) entre los bornes

numerados, se varía la resistencia y por ende la cantidad de corriente que se entrega al motor. A mayor resistencia menor corriente.

Utilización:

Este tipo de motor se puede encontrar tanto para una máquina de afeitar como para una locomotora, una batidora etc. Esto da una idea del margen de potencia en que pueden llegar a ser construidos. La velocidad cambia según la carga. Cuando aumenta el par motor disminuye la velocidad. Se suelen construir para velocidades de 3000 a 8000 r.p.m., aunque los podemos encontrar para 12000 r.p.m.

MOTOR BRUSHLES

Los motores brushless son motores desprovistos de escobillas. Entonces, no existen rozamientos, ni corrientes parásitas y no existe límite de vida por desgaste. En un motor de corriente continua con escobillas, el conjunto colector-escobillas asegura mecánicamente la conmutación de la alimentación de las bobinas en función del ángulo del rotor. Sin embargo, en un motor brushless este elemento no existe, es necesario entonces realizar esta conmutación electrónicamente. El encargado de esta tarea es el controlador o variador que se encargará de efectuar las

diferentes alimentaciones en un orden específico.

Existen tres tipos de motores brushless:

El motor de rotor externo (rotating case o out-runner): El rotor se encuentra alrededor del estator. Esta configuración es interesante en términos de par motor.

El motor con rotor interno (in-runner): el rotor se encuentra en el interior del estator. Las revoluciones alcanzadas por este tipo de motor son muy elevadas.

El motor de disco (axial magnetic flux): el rotor y el estator tienen forma de disco y están orientados cara a cara. Este tipo de motor no se usa en aeromodelismo.

Funcionamiento:Un motor brushless se caracteriza por no tener escobillas por lo cual no existe ningún elemento que puede provocar rozamiento entre el rotor y la carcasa del motor. Para conseguir que el motor gire, hay que conseguir que sus bobinados sean capaces de generar un campo magnético que sea perpendicular a la dirección del campo magnético de los imanes permanentes, ya que es en estas condiciones cuando el par generado es máximo, y lo que nos interesa es que el valor de este par sea máximo en todo momento.Pero se debe tener en cuenta, que una vez que el rotor inicia su movimiento de giro, la dirección del rotor es variable en cada instante, y por lo tanto en cada momento, tendremos que conocer en qué posición se encuentra el rotor, para poder excitar las bobinas que correspondan para conseguir ese par máximo en ese instante determinado. El elemento que controlará que el rotor gire sea cual sea su posición va a ser él variador electrónico; que lo que hace básicamente es ver en qué posición se encuentra el rotor en cada momento, para hacer que la corriente que le llegue sea la adecuada para provocar el movimiento de rotación que le corresponde. El variador es capaz de hacer esto, gracias a unos sensores en el motor, o también mediante la respuesta obtenida de cómo se comporta la corriente del motor.

Constitución: Rotor:

El rotor es la parte móvil, en este se encuentran los imanes permanentes.

Estator:

Es la parte fija del motor sobre esta van dispuestos los bobinados de hilo conductor.

Aspectos constructivos

El rotor de imán permanente puede tener 2 hasta 8 polos de pares con polos alternados N y S. Las ferritas magnéticas han sido utilizadas desde hace tiempo para la fabricación de imanes permanentes. En la actualidad han ganado popularidad los imanes fabricados con aleaciones de tierras raras que presentan mayor densidad de campo magnético.

Comúnmente se utilizan 4 tipos de configuraciones del rotor de imán permanente:

Imanes montados en la superficie.

Los imanes permanentes radialmente magnetizados se montan en una estructura con alma de acero como muestra la figura. Como la permeabilidad relativa del material magnético es cercano a la unidad, este actúa como un gap de aire. El gap de aire efectivo es, por lo tanto grande, haciendo Ld pequeño. La estructura es magnéticamente no-saliente y por lo tanto Ld=Lq .

Imanes inciertos. En este arreglo, los imanes se encuentran inciertos en la estructura como muestra la figura con esta configuración el torque máximo desarrollando es mayor que en el caso anterior.

Imán permanente interno con magnetización radial. Los imanes se hallan insertos en el material del rotor con magnetización radial, como muestra la figura. La inductancia en el eje q es mayor que la inductancia en el eje d, y amabas son mayores que en los casos anteriores.

Imán permanente interno con magnetización circunferencial.

Excitación rotativa: Excitatriz CA (Excitación en estator): No se necesitan anillos rozantes en rotor ni escobillas en

la excitatriz. El rotor de las 2 máquinas está montado en el mismo eje. Rectificador: Tiristores o transistores IGBT Alimentación: Trafo autoexcitación, SS. AA. Potencia rectificador: 20-50 veces menor que en estática directa Aplicación: Turboalternadores y generadores hidráulicos hasta 50 MVA

Ventajas estos motores sobre los motores con escobillas.

Los motores brushless tienen las siguientes ventajas en relación con los motores convencionales que utilizan escobillas:

Tamaño de rotor pequeño y al densidad de potencia, debido a la ausencia de conmutadores mecánicos y escobilla.

Menor inercia y respuesta dinámica más veloz.

Mayor velocidad y capacidad de torque, debido a la ausencia de escobillas y chispas y su relación velocidad/par motor es casi una constante

Mayor radio torque/inercia. Mejor disipación térmica. Mayor eficiencia (menos perdida por calor) Mayor rendimiento (mayor duración de las baterías para la misma potencia) Menor peso para la misma potencia Requieren menos mantenimiento al no tener escobillas Mayor potencia para el mismo tamaño Rango de velocidad elevado al no tener limitación mecánica.

Menor ruido electrónico (menos interferencias en otros circuitos)

Desventajas:

Mayor costo de construcción El control es mediante un circuito caro y complejo Siempre hace falta un control electrónico para que funcione que a veces duplica el costo.

MOTORES PASO A PASO

El motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. Este motor presenta las ventajas de tener alta precisión y repetitividad en cuanto al posicionamiento. Entre sus principales aplicaciones destacan como motor de frecuencia variable, motor de corriente continua sin escobillas, servomotores y motores controlados digitalmente. Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien

totalmente libres. Si una o más de sus bobinas están energizados, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.

Aspectos constructivos.

La construcción de un motor práctico consiste en un estator de dos electroimanes con un número n de pares de polos cada uno. Los polos norte y sur de cada uno están desplazados entre sí medio paso polar, al tiempo que entre los dos electroimanes existe un desplazamiento de un cuarto de paso polar, entre polos del mismo nombre.

El rotor de imán permanente se magnetiza con el mismo número de polos de uno de los electroimanes del estator. La interacción entre los polos del estator y los del rotor hace que, al aplicarse dos ondas cuadradas, desfasadas un cuarto de período entre sí, a las dos bobinas de los electroimanes, el rotor gire un cuarto de paso polar por cada cambio de polaridad de la tensión aplicada a las bobinas. Así, para un motor con doce pares de polos por bobina del estator, se producirán 48 pasos con doce pares de polos por bobina del estator, se producirán 48 pasos por revolución, es decir,7,5º por paso (paso polar, 360/12= 30).

Funcionamiento del motor de paso

Básicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator. Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente.

Se puede decir que en el primer paso, al conectar la bobina F1, el campo electromagnético generado al circular la corriente eléctrica por el estator, el rotor girará como máximo 90º, hasta equilibrar su flujo magnético orientando sus respectivos polos opuestos con el estator. En el segundo paso, conectaremos la bobina F2 y como respuesta el rotor volverá a girar esta vez 90º. El tercer paso, esta vez conectemos la

bobina formada por F3, lo que hará girar de nuevo 90º más en la misma dirección y por último al conectar F4, se producirá un nuevo paso de 90º con lo que se habrá completado el giro de 360º.

Con en estas secuencias, si mediante un sistema eficaz unimos ambas secuencias, podemos entender que hemos logrado una secuencia de 8 pasos para completar un giro, a todas luces se comprende que habremos conseguido una mayor exactitud a la hora de posicionar el eje de nuestro motor de paso.

Tipos de motores paso a paso

El motor de paso de rotor de imán permanente: Permite mantener un par diferente de

cero cuando el motor no está energizado. Dependiendo de la construcción del motor, es

típicamente posible obtener pasos angulares de 7.5, 11.25, 15, 18, 45 o 90°. El ángulo de

rotación se determina por el número de polos en el estator.

El motor de paso de reluctancia variable (VR): Tiene un rotor multipolar de hierro y un

estator devanado laminado, y rota cuando los dientes del rotor son atraídos a los dientes

del estator electromagnéticamente energizados. Cuando los devanados no están

energizados, el par estático de este tipo de motor es cero. Generalmente, el paso angular

de este motor de paso de reluctancia variable es de 15°.

El motor híbrido de paso: Se caracteriza por tener varios dientes en el estátor y en el

rotor, el rotor con un imán concéntrico magnetizado axialmente alrededor de su eje. Este

tipo de motor tiene una alta precisión y alto par y se puede configurar para suministrar un

paso angular tan pequeño como 1.8°.

La disposición de varios bobinados como estator en los motores de imán permanente, permite diferentes

formas de agrupar para su alimentación dichos bobinados. Estas formas de conexión permiten clasificar los

motores paso a paso en dos grupos:

Motores paso a paso Bipolares: por que disponen de dos bobinados independientes Estos tienen

generalmente 4 cables de salida. Necesitan ciertos trucos para ser controlados debido a que

requieren del cambio de dirección de flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia

apropiada para realizar un movimiento.

Motores paso a paso unipolares: con 4 bobinados los cuales disponen de 5 o 6 u 8 terminales de salida dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar, estos utilizan un cable común a la fuente de alimentación y posteriormente se van colocando las otras líneas a tierra en un orden específico para generar cada paso, si tienen 6 cables es porque cada par de bobinas tiene un común separado, si tiene 5 cables es porque las cuatro bobinas tiene un solo común; un motor unipolar de 6 cables puede ser usado como un motor bipolar si se deja las líneas del común al aire.

Características mecánicas.

Par dinámico o de trabajo: Es el momento máximo que el motor es capaz de desarrollar sin perder paso, es decir, sin dejar de responder a algún impulso de excitación del estator y dependiendo, de la carga.

Par de mantenimiento: Es el par requerido para desviar, en régimen de excitación, un paso el rotor cuando la posición anterior es estable; es mayor que el par dinámico y actúa como freno para mantener el rotor en una posición estable dada.

Par de detención: Es un par de freno que, siendo propio de los motores de imán permanente, es debido a la acción del rotor cuando los devanados estatóricos están desactivados.

Momento de inercia del rotor: Es su momento de inercia asociado que se expresa en gramos por centímetro cuadrado.

Ángulo de paso: Avance angular producido bajo un impulso de excitación, o sea, los grados de cada paso.

Números de pasos por vuelta: Es la cantidad de pasos que ha de efectuar el rotor para realizar una revolución completa.

Frecuencia de paso máxima: Es el máximo número de pasos por segundo que el rotor puede efectuar obedeciendo a los impulsos de control.

Ventajas El ángulo de rotación es proporcional a los pulsos de entrada. El motor tiene torque máximo cuando el mismo está enclavado (bobinas energizadas). Exactitud en la posición y repetición de movimientos. Los motores PaP tienen un error de 3

a 5% del paso y dicho error no es acumulativo de un paso a otro. Excelente respuesta ante arranque, parada y reversa. Muy fiable dado que no existe contacto de escobillas en el motor. El motor responde a pulsos de entrada digitales, lo que permite un control de lazo abierto,

haciendo un control más simple y barato. Es posible lograr una velocidad de rotación muy baja en forma sincrónica con carga

acoplada directamente sobre el eje. Pueden tener un gran rango de velocidades de rotación, dado que la misma es proporcional

a la frecuencia de los pulsos de entrada. Desventajas

Puede ocurrir un fenómeno de resonancia si el motor no es controlado adecuadamente. Muy difícil de operar a altas velocidades.

CONCLUSIONES:

En los motores brushless es muy importante tener en cuenta el factor "kV". Normalmente aparece junto al número de vueltas de bobinado del motor, y lo que nos indica es el número de revoluciones por minuto a las que es capaz de girar el motor por cada Voltio de electricidad que se le aplica.

En los motores brushless a mayores valores para el kV, mayores valores de velocidad, pero menores valores de par y viceversa. Por lo tanto se trata de encontrar una solución de compromiso entre velocidad y par teniendo en cuenta las características del modelo

El motor universal funciona con c.a. y c.c., son de fracción de 1 hp y son usados principalmente en aparatos electrodomésticos. El inducido es igual al de un motor de c.c. funciona a la misma velocidad con c.c. o c.a.

La velocidad de un motor universal se puede regular por medio de reóstatos y bobinas de tomas múltiples devanadas en torno del campo. Como es un motor serie, la carga siempre debe estar conectada al motor.

En el motor universal al igual que en los motores de corriente continua con excitación en serie, hay que tener la precaución de no alimentarlos sin carga ya que al funcionar en vacío, el motor puede acelerarse hasta unas velocidades que produzcan unas intensidades de corriente en las bobinas que quemen los aislantes y el motor. En aplicaciones domesticas los bobinados ya están preparados para el funcionamiento en vacío y no existe este peligro. Cambien realizar el correcto mantenimiento de las escobillas

Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos.

Para hallar el número de pasos necesarios para realizar una vuelta viene dado del resultado de dividir 360 para el ángulo del grupo de bobinados. Para una mayor precisión se debe tener un menor ángulo

En los motores de paso según la secuencia de impulsos aplicada se puede girar en uno u otro sentido además la velocidad de giro depende de la frecuencia de los impulsos aplicados

Cuando se requiere un control preciso de la trayectoria a seguir por la mano o herramienta de un robot manipulador, es más sencillo y económico usar motores paso a paso que servomotores de c.c.

Con los motores de paso se obtienen una elevada exactitud y una muy buena regulación de la velocidad, aunque su mayor inconveniente es su no muy elevada velocidad angular o de giro.

WEBGRAFIA:

http://maquinaselectricasujaen.blogspot.com/2011/06/motor-brushless.html http://www.cochesrc.com/motor-electrico-brushless-funcionamiento-y-caracteristicas-

a3607.html http://www.ecured.cu/index.php/Motor_universal https://sites.google.com/site/bjorn512/estudio-breve-sobre-el-uso-de-distintos-motores-

reciclados-o-no-en-aerogeneracion/motor-universal http://www.reparatumismo.org/documentos/JUNIO%202010/MOTOR%20UNIVERSAL.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico_sin_escobillas http://rc.lapipadelindio.com/general/motor-brushless-motor-sincrono-trifasico http://www.hispavila.com/3ds/tutores/motorpap.html http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/procesos/apuntes/Motores_Paso_a_Paso.pdf