Motores Eléctricos (Alejandro, Carlota, Gabriel, Marta, Pablo)
Alejandro Perera Marrero
Carlota Fernández Hernández
Gabriel Medina Marrero 2ºBach A
Marta Ojeda Rodríguez
Pablo Marrero Pérez
Motores Eléctricos
¿Qué es un Motor Eléctrico?
Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias. Transforman una energía eléctrica en energía mecánica de rotación en un eje. Tienen múltiples ventajas
como su economía, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento. El motor eléctrico a reemplazado en gran parte a otras fuentes de energía en varios ámbitos.
como su economía, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento. El motor eléctrico a reemplazado en gran parte a otras fuentes de energía en varios ámbitos.
¿Quién lo inventó?
Fue inventado por Hans Christian Oersted quien comprobó que colocando una espira (cable enrollado) alrededor de una brújula, si hacía pasar una corriente por
la espira, la aguja de la brújula, que está unida a un imán giratorio, se movía. Lo que hacía la espira con corriente eléctrica era mover el imán de la brújula que estaba
dentro de la espira.
la espira, la aguja de la brújula, que está unida a un imán giratorio, se movía. Lo que hacía la espira con corriente eléctrica era mover el imán de la brújula que estaba
dentro de la espira.
¿Cómo Funciona un Motor Eléctrico?
Tanto los motores de corriente continua (c.c) como los de corriente alterna (c.a) funcionan por inducción electromagnética, o lo que es lo mismo, un campo magnético
induce o produce una fuerza rotatoria por un conductor que lleva corriente eléctrica.
induce o produce una fuerza rotatoria por un conductor que lleva corriente eléctrica.
Aunque el principio de funcionamiento sea el mismo, las causas que producen la rotación en los de c.c y los de c.a no son las mismas, por eso los estudiaremos por
separado.
separado.
De donde:
- H = Fuerza del campo magnético en amperios.
- I = Intensidad de corriente expresada en amperios.
- N = Número de espiras de la bobina.
- L = Longitud de la bobina en metros.
Los motores eléctricos suelen tener 5 componentes principales:
Corriente directa / alterna
- Estator: es la parte fija de la parte rotativa y uno de los elementos fundamentales para la transmisión de potencia en el caso de los motores eléctricos o corriente
- Rotor: es la parte contraria del estator, se trata del componente que gira o rota dentro de una máquina eléctrica, ya sea un generador o un motor eléctrico. Está
- Conmutador: se trata de algo así como un interruptor que se encuentra en algunos motores y generadores. Periódicamente cambia la dirección de la corriente
- Escobillas: en los motores o generadores eléctricos se debe establecer una conexión fija entre la máquina con las bobinas del rotor. Para ello, se fijan dos
bloques de carbón que realizan presión a través de unos resortes, para establecer el contacto eléctrico. Dichos bloques son las escobillas.
- Eje: en el caso de un coche, por ejemplo, es el elemento que transmite el movimiento de rotación del motor a las ruedas.
Pérdidas en la bobina de los motores eléctricos
En las bobinas se producen pérdidas que se manifiestan en un calentamiento indeseado. Ello implica un mayor consumo de potencia, con los consiguientes
costes adicionales.
-En el cobre.
-En el hierro.
·Pér. por histéresis.
·Pér. por corrientes de Foucault.
- En el cobre:
Las pérdidas en el cobre se deben a la resistencia óhmica del cobre de los devanados; puede reducirse aumentando la sección de los conductores. El valor
de esta potencia depende del cuadrado de las intensidades de corriente de carga y a la resistencia de los bobinados, la cual varía mucho desde el
funcionamiento en vacío a plena carga.
de esta potencia depende del cuadrado de las intensidades de corriente de carga y a la resistencia de los bobinados, la cual varía mucho desde el
funcionamiento en vacío a plena carga.
PT=I12 x R1 + I22 x R2
- En el hierro:
·Pérdidas por histéresis
La potencia perdida por histéresis depende esencialmente del tipo de material; también puede depender de la frecuencia, pero como la frecuencia en una
misma zona o país siempre es la misma, la inducción magnética dependerá del tipo de chapa. A través de la fórmula de Steinmetz se determinarán las
pérdidas por histéresis.
misma zona o país siempre es la misma, la inducción magnética dependerá del tipo de chapa. A través de la fórmula de Steinmetz se determinarán las
pérdidas por histéresis.
·Pérdidas por corrientes de Foucault
Debido a que la corriente alterna varía el sentido del flujo magnético. Como el núcleo metálico es también conductor, también en él se inducirá una tensión.
Los remolinos de corriente, llamados corrientes de Foucault, provocan un campo magnético que, según la ley de Lenz, se opondrá al campo excitador. Este
quedará debilitado, y será necesario un mayor consumo de potencia para compensarlo.
Motor de Corriente Continua
El cable con corriente eléctrica que anteriormente se movía dentro de un campo lo vamos a convertir en una espira
Al meter la corriente por la espira, es como si tenemos 2 conductores enfrentados (por uno entra la corriente y por el otro sale), un lado de la espira subirá
y el otro bajará, ya que por un lado la corriente entra y por el otro lado de la espira la corriente sale. ¿Y esto que produce?. Pues produce un giro de la espira,
un par de fuerzas con sentido contrario. Hemos conseguido hacer girar una espira por medio de la corriente eléctrica. Ya tenemos nuestro motor, hemos
convertido la energía eléctrica en energía mecánica en el movimiento del eje.
y el otro bajará, ya que por un lado la corriente entra y por el otro lado de la espira la corriente sale. ¿Y esto que produce?. Pues produce un giro de la espira,
un par de fuerzas con sentido contrario. Hemos conseguido hacer girar una espira por medio de la corriente eléctrica. Ya tenemos nuestro motor, hemos
convertido la energía eléctrica en energía mecánica en el movimiento del eje.
Veamos el dibujo, fíjate que el sentido de la corriente I a un lado y al otro de la espira es contrario, esto hace que se produzcan fuerzas opuestas a cada lado
de la espira = Par de Fuerzas = Giro.
de la espira = Par de Fuerzas = Giro.
La entrada y salida de la corriente, si es corriente continua (motor de corriente continua), tiene siempre el mismo sentido, es por eso que debemos
colocar lo que se llama el colector de delgas, un anillo cortado por el medio que es el encargado de recoger la corriente desde las escobillas y hacer
que la corriente siempre entre y salga por el mismo lado.
colocar lo que se llama el colector de delgas, un anillo cortado por el medio que es el encargado de recoger la corriente desde las escobillas y hacer
que la corriente siempre entre y salga por el mismo lado.
Si te fijas está partido en dos y gira con la espira, por eso al girar posibilita que siempre entre la corriente por el mismos sitio respecto a la espira.
En el caso de la figura la corriente siempre entra por la parte de la espira que está a la izquierda (frente el polo sur del imán fijo) y siempre sale por
la parte que está a la derecha (frente al polo Norte del imán fijo) independientemente de la posición de la espira. El par de fuerzas sobre la espira
siempre hace que gire hacia el mismo lado.
En el caso de la figura la corriente siempre entra por la parte de la espira que está a la izquierda (frente el polo sur del imán fijo) y siempre sale por
la parte que está a la derecha (frente al polo Norte del imán fijo) independientemente de la posición de la espira. El par de fuerzas sobre la espira
siempre hace que gire hacia el mismo lado.
Este sería el motor más sencillo, pero lógicamente para que tenga más par (fuerza) lo que haremos será colocar muchas espiras formando una bobina
o bobinado o también llamado devanado.
o bobinado o también llamado devanado.
Si sobre el imán fijo enrollamos unas bobina de cable eléctrico y hacemos pasar por la bobina una corriente eléctrica, entonces tenemos un electroimán
que es capaz de generar un campo magnético mayor y por lo tanto mayor par en la espira o bobinado interior. Lo más común en los motores de c.c. es
alimentar el electroimán con la misma corriente de la espira o bobina interna que gira.
que es capaz de generar un campo magnético mayor y por lo tanto mayor par en la espira o bobinado interior. Lo más común en los motores de c.c. es
alimentar el electroimán con la misma corriente de la espira o bobina interna que gira.
Motores de corriente continua de imán permanente:
Existen motores de imán permanente (PM, permanent magnet), en tamaños de fracciones de caballo y de números pequeños enteros de caballos.
Tienen varias ventajas respecto a los del tipo de campo devanado. No se necesitan las alimentaciones de energía eléctrica para excitación ni el
devanado asociado. Se mejora la confiabilidad, ya que no existen bobinas excitadoras del campo que fallen y no hay probabilidad de que se
presente una sobrevelocidad debida a pérdida del campo. Se mejoran la eficiencia y el enfriamiento por la eliminación de pérdida de potencia en
un campo excitador. Así mismo, la característica par contra corriente se aproxima más a lo lineal. Un motor de imán permanente (PM) se puede usar
en donde se requiere un motor por completo encerrado para un ciclo de servicio de excitación continua.
Tienen varias ventajas respecto a los del tipo de campo devanado. No se necesitan las alimentaciones de energía eléctrica para excitación ni el
devanado asociado. Se mejora la confiabilidad, ya que no existen bobinas excitadoras del campo que fallen y no hay probabilidad de que se
presente una sobrevelocidad debida a pérdida del campo. Se mejoran la eficiencia y el enfriamiento por la eliminación de pérdida de potencia en
un campo excitador. Así mismo, la característica par contra corriente se aproxima más a lo lineal. Un motor de imán permanente (PM) se puede usar
en donde se requiere un motor por completo encerrado para un ciclo de servicio de excitación continua.
Excitación Independiente:
Los motores de excitación independiente tienen como aplicaciones industriales el torneado y taladrado de materiales, extrusión de materiales plásticos
y goma, ventilación de horno, retroceso rápido en vacío de ganchos de grúas, desenrollado de bobinas y retroceso de útiles para serrar. El motor de
excitación independiente es el más adecuado para cualquier tipo de regulación, por la independencia entre el control por el inductor y el control por
el inducido. El sistema de excitación más fácil de entender es el que supone una fuente exterior de alimentación para el arrollamiento inductor.
y goma, ventilación de horno, retroceso rápido en vacío de ganchos de grúas, desenrollado de bobinas y retroceso de útiles para serrar. El motor de
excitación independiente es el más adecuado para cualquier tipo de regulación, por la independencia entre el control por el inductor y el control por
el inducido. El sistema de excitación más fácil de entender es el que supone una fuente exterior de alimentación para el arrollamiento inductor.
Autoexcitación:
El sistema de excitación independiente, solamente se emplea en la práctica en casos especiales debido, sobre todo, al inconveniente de necesitar
una fuente independiente de energía eléctrica. Este inconveniente puede eliminarse con el denominado principio dinamoeléctrico o principio de
autoexcitación, que ha hecho posible el gran desarrollo alcanzado por las máquinas eléctricas de corriente continua en el presente siglo.
una fuente independiente de energía eléctrica. Este inconveniente puede eliminarse con el denominado principio dinamoeléctrico o principio de
autoexcitación, que ha hecho posible el gran desarrollo alcanzado por las máquinas eléctricas de corriente continua en el presente siglo.
Motores de Corriente Alterna
El principio de funcionamiento de estos motores se basa en el campo magnético giratorio que crea una corriente alterna trifásica (3 fases)
descubierto por Tesla y en el descubrimiento de las corrientes inducida de Faraday.
descubierto por Tesla y en el descubrimiento de las corrientes inducida de Faraday.
Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose dentro de un campo magnético (imán) generaba una tensión o diferencial
de potencial (d.d.p) entre sus dos extremos (igual que la pila tiene tensión entre sus dos extremos). También ocurre lo mismo si el imán se
mueve y el conductor está fijo. En cualquier caso, si el conductor corta las líneas del campo magnético del imán se crea en él una tensión.
Si unimos los extremos, por ejemplo en cortocircuito o con una bombilla, circulará una corriente por el conductor.
de potencial (d.d.p) entre sus dos extremos (igual que la pila tiene tensión entre sus dos extremos). También ocurre lo mismo si el imán se
mueve y el conductor está fijo. En cualquier caso, si el conductor corta las líneas del campo magnético del imán se crea en él una tensión.
Si unimos los extremos, por ejemplo en cortocircuito o con una bombilla, circulará una corriente por el conductor.
Si la que se mueve dentro del campo es una espira, si esa espira (los 2 conductores) cortan las líneas del campo magnético, es decir, se
mueve dentro del campo, en los extremos de la espira se produce (induce) una tensión o diferencia de potencial inducida, de tal forma que
si cuando está en movimiento conectamos un receptor en los extremos de la bobina, por ejemplo una bombilla, al cerrar el circuito con la
bombilla, comenzará a circular por la espira una corriente eléctrica (intensidad) inducida y debido a esa tensión inducida, la bombilla luce.
mueve dentro del campo, en los extremos de la espira se produce (induce) una tensión o diferencia de potencial inducida, de tal forma que
si cuando está en movimiento conectamos un receptor en los extremos de la bobina, por ejemplo una bombilla, al cerrar el circuito con la
bombilla, comenzará a circular por la espira una corriente eléctrica (intensidad) inducida y debido a esa tensión inducida, la bombilla luce.
Esta tensión generada en la espira al ser inducida se conoce como fuerza electromotriz inducida (fem), pero simplemente es una tensión
entre dos punto. Si cortocircuitamos las espiras, se generará por la espira una corriente inducida (corriente de cortocircuito).
entre dos punto. Si cortocircuitamos las espiras, se generará por la espira una corriente inducida (corriente de cortocircuito).
MOTOR MONOFÁSICO SÍNCRONO
Es un motor idéntico al motor de corriente continua con excitación en serie.
Pero en corriente alterna, el funcionamiento del motor se basa en el acoplamiento de campos magnéticos que giran al unísono.
Para que se produzca este acoplamiento, el rótor tiene unas bobinas unidas a un colector formado por delgas, en serie con las bobinas
del inductor. Un par de escobillas aplican la corriente al rótor.
del inductor. Un par de escobillas aplican la corriente al rótor.
Por lo tanto, el mismo motor puede funcionar tanto con corriente continua como con alterna. Pero, además, puede funcionar como dínamo.
Por ello se le denomina motor universal, y es ampliamente utilizado en pequeños electrodomésticos.
Por ello se le denomina motor universal, y es ampliamente utilizado en pequeños electrodomésticos.
También son motores típicos de los ferrocarriles eléctricos, especialmente suburbanos.
MOTOR MONOFÁSICO ASÍNCRONO
En este tipo de motores, el estator genera un campo magnético giratorio. Para ello, se dispone de dos pares de bobinas perpendiculares.
Una de ellas se conecta directamente a la corriente alterna, generando un campo magnético oscilante. En la otra bobina se intercala un
condensador cuya misión es desfasar la corriente que llega a la bobina 90° (eléctricos) respecto a la corriente de la bobina anterior, con
lo cual, el campo magnético que genera esta segunda bobina estará también desfasado respecto al anterior. La composición de ambos
campos es una suma de vectores y la resultante gira en el espacio, como se puede comprobar en la animación:
Una de ellas se conecta directamente a la corriente alterna, generando un campo magnético oscilante. En la otra bobina se intercala un
condensador cuya misión es desfasar la corriente que llega a la bobina 90° (eléctricos) respecto a la corriente de la bobina anterior, con
lo cual, el campo magnético que genera esta segunda bobina estará también desfasado respecto al anterior. La composición de ambos
campos es una suma de vectores y la resultante gira en el espacio, como se puede comprobar en la animación:
El campo magnético giratorio induce una corriente en los conductores del rotor (razón por la que al rótor se le llama también inducido)
siempre que exista una variación de flujo magnético. Ésto ocurre siempre, ya que el rotor gira a menor velocidad que la velocidad de
sincronismo a la que gira el campo. Y esta corriente inducida tiene los siguientes efectos:
siempre que exista una variación de flujo magnético. Ésto ocurre siempre, ya que el rotor gira a menor velocidad que la velocidad de
sincronismo a la que gira el campo. Y esta corriente inducida tiene los siguientes efectos:
- En primer lugar, se produce una fuerza de Lorentz sobre los conductores del rotor.
- Además, la propia corriente genera un campo magnético concéntrico respecto al cable que se suma al campo inductor, y entre los
dos resulta una atracción magnética sobre la estructura de acero del rótor.
Las corrientes y fuerzas que aparecen en el inducido son tanto mayores cuanto mayor sea la velocidad relativa entre el rótor y el campo
magnético. Ésto significa que los motores de inducción tendrán un elevado par de arranque y, además, cuando se sometan a alguna
acción que les frene, esta disminución de velocidad de giro significa que la diferencia de velocidades aumenta, con lo cual aumenta la
inducción, la fuerza de Lorentz, etc. y todo ello da como resultado que el par también aumenta, venciendo el frenado.
magnético. Ésto significa que los motores de inducción tendrán un elevado par de arranque y, además, cuando se sometan a alguna
acción que les frene, esta disminución de velocidad de giro significa que la diferencia de velocidades aumenta, con lo cual aumenta la
inducción, la fuerza de Lorentz, etc. y todo ello da como resultado que el par también aumenta, venciendo el frenado.
Para que se produzca corriente que circule libremente por el rotor, los conductores deben formar un cortocircuito, que se consigue con
llamados rotores de jaula de ardilla.
llamados rotores de jaula de ardilla.
EJERCICIOS
Un motor eléctrico de corriente continua está conectado a una tensión de 24V y consume 2A girando a una velocidad de 2600 rpm. Sabiendo que su rendimiento es del 90% y su resistencia interna 0,5 ohmios hallar:
a)La potencia absorbida
b)La fuerza contraelectromotriz
c)La potencia útil
d)El par motor en el eje
e)La intensidad en momento del arranque
Webgrafía:
https://www.youtube.com/watch?v=FzL0XY_eKqo
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