MOTOR SINCRONICO

Motor síncrono

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Esquema de un motor síncrono.

Los motores síncronos son un tipo de motor eléctrico de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo".

La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados es:

donde:

• f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz)
• p: Número de pares de polos que tiene la máquina (número adimensional)
• n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto)

Por ejemplo, si se tiene una máquina de cuatro polos (2 pares de polos) conectada a una red de 50 Hz, la máquina operará a 1.500 r.p.m

MOTOR DC

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores, etc.)

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas.

También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales.

Contenido [ocultar] 1 Principio de funcionamiento 2 Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor 2.1 Número de escobillas 3 Sentido de giro 4 Reversibilidad 5 Véase también 6 Enlaces externos

Principio de funcionamiento [editar]

Según la segunda Ley de Lorentz, un conductor por el que pasa una corriente eléctrica que causa un campo magnético a su alrededor tiende a ser expulsado si se le quiere introducir en otro campo magnético.así que las fuerzas magneticas quedan rechazadas por las bobinas del motor haciendo que el rotor del motor gire.

F: Fuerza en newtons

I: Intensidad que recorre el conductor en amperios

l: Longitud del conductor en metros lineales

B: Inducción en teslas

Vale la pena agregar en el caso de las direcciones de la inducción magnética , la fuerza en la que se moverá el conductor como también el sentido de circulación de la corriente, se pueden definir con la Regla de la Mano Derecha de Fleming.

Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor [editar]

Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador

La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.

Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito.

Número de escobillas [editar]

Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina.

En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos.

Sentido de giro [editar]

El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido.

La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido.

Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.

Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina.

Reversibilidad [editar]

Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.

Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga.

En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica.

En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.

El motor asincronico

Motor asíncrono

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Animación de un motor asíncrono con rotor en forma de jaula de ardilla.

Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motores eléctricos de corriente alterna.

El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estátor, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:

Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión.

El campo magnético giratorio gira a una velocidad denominada de sincronismo. Sin embargo el rotor gira algo más despacio, a una velocidad parecida a la de sincronismo. El hecho de que el rotor gire más despacio que el campo magnético originado por el estator, se debe a que si el rotor girase a la velocidad de sincronismo, esto es, a la misma velocidad que el campo magnético giratorio, el campo magnético dejaría de ser variable con respecto al rotor, con lo que no aparecería ninguna corriente inducida en el rotor, y por consiguiente no aparecería un par de fuerzas que lo impulsaran a moverse.

También existen motores asíncronos monofásicos, en los cuales el estator tiene un devanado monofásico y el rotor es de jaula de ardilla. Son motores de pequeña potencia y en ellos, en virtud del Teorema de Leblanc, el campo magnético es igual a la suma de dos campos giratorios iguales que rotan en sentidos opuestos.

Contenido [ocultar] 1 Conceptos básicos de los motores de inducción 2 Tipos Constructivos 3 Enlaces relacionados 4 Enlaces externos

Conceptos básicos de los motores de inducción [editar]

La velocidad de rotación del campo magnético o velocidad de sincronismo está dada por:

donde f_e es la frecuencia del sistema, en Hz, y p es el número de pares de polos en la máquina. Estando así la velocidad dada en revoluciones por minuto (rpm).

El voltaje inducido en cierta barra de rotor está dado por:

donde

: velocidad de la barra en relación con el campo magnético

: vector de densidad de flujo magnético

: longitud del conductor en el campo magnético

: representa la operación "producto vectorial"

Lo que produce el voltaje inducido en la barra del rotor es el movimiento relativo del rotor en comparación con el campo magnético del estator.

Tipos Constructivos [editar]

El motor de jaula de ardilla consta de un rotor constituido por una serie de conductores metálicos (normalmente de aluminio) dispuestos paralelamente unos a otros, y cortocircuitados en sus extremos por unos anillos metálicos, esto es lo que forma la llamada jaula de ardilla por su similitud gráfica con una jaula de ardilla. Esta 'jaula' se rellena de material, normalmente chapa apilada. De esta manera, se consigue un sistema n-fásico de conductores (siendo n el número de conductores) situado en el interior del campo magnético giratorio creado por el estator, con lo cual se tiene un sistema físico muy eficaz, simple, y muy robusto (básicamente, no requiere mantenimiento).

El motor de rotor bobinado tiene un rotor constituido, en vez de por una jaula, por una serie de conductores bobinados sobre él en una serie de ranuras situadas sobre su superficie. De esta forma se tiene un bobinado en el interior del campo magnético del estátor, del mismo número de polos (ha de ser construido con mucho cuidado), y en movimiento. Este rotor es mucho más complicado de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla, pero permite el acceso al mismo desde el exterior a través de unos anillos que son los que cortocircuitan los bobinados. Esto tiene ventajas, como la posibilidad de utilizar un reostato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de arranque, así como el reducir la corriente de arranque.

En cualquiera de los dos casos, el campo magnético giratorio producido por las bobinas inductoras del estator genera unas corrientes inducidas en el rotor, que son las que producen el movimiento.

PRESENTACION DE INFORMES TECNICOS

EL INFORME TECNICO

Todo informe de Diseno deMaquinaria debe comtemplar, como minimo, estos aspectos:

1. Pagina de presentacion.
2. Indice.
3. Explicacion clara y concisa de la necesidad planteada.
4. Datos iniciales del estudio.
5. Estudio y explicacion de los limites asignados al proyecto.
6. Descripcion de la construccion proyectada y de su funcionamiento, haciendo referencia a todo el trabajo realizado y utilizando pocas palabras y muchos esquemas.
7. Descripcion de las alternativas o variantes posibles y justificacion de la construccion escogida.
8. Estudio cinematico y dinamico. Explicar los esfuerzos actuantes y la funcion de las piezas en la transmision de los mismos.
9. Calculo de dimensiones.

a.??????Resistencia de las piezas: Fuerza, esfuerzos,presiones, etc.

b.?????Calculos aproximaciones y verificaciones deseguridad.

c.??????Deformaciones y compatibilidad de las mismas conlos juegos y tolerancias escogidas.

d.?????Rendimiento.

e.?????Calentamiento de las piezas.

f.???????Fatiga.

1. Calculo del peso de la construccion.
2. Analisis del modo de fabricacion previsto para cada pieza y estudio de los problemas relacionados con este.
3. Analisis de costos.
4. Inventario de problemas no resueltos. Establecer, en este caso, el listado de especificaciones que permita su solucion por personas especializadas.
5. Conclusiones y recomendaciones finales.

Algunos puntosde estos pueden recibir un tratamiento muy corto o ser tan evidentes que puedeneliminarse. Lo importante es obtener un informe claro y bien estructurado.

PASOS PARA LA REALIZACION DE UN DISEÑO

1. NECESIDAD
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3. PLANTAMIENTO DE LAS SOLUCIONES
4. SELECCION DE LAS SOLUCIONES
5. OPTIMIZACION DE LA SOLUCION
6. CONSTRUCCION
7. ENTREGA

POTENCIA MECANICA

8. POTENCIA MECÁNICA. MOMENTO DE GIRO.

Para facilitar la comprensión de estos dos conceptos se tomará como referencia un torno como el de la figura, accionado por una manivela, mediante el cual se pretende elevar una carga de un determinado peso.

Se define momento de giro (par) del torno (M) al producto del radio del torno (r) por la fuerza ejercida debido al peso de la carga (F); es decir M = F * r ; donde la Fuerza viene expresada en Newton y el radio en metros.

Para que el sistema esté en equilibrio y se pueda elevar la carga, será necesario que el momento de giro producido por dicha carga sea igual al momento de giro originado por la manivela:

M = F * r = Q * d

Por su parte, se define potencia mecánica (P) del torno al producto del par (M) por la velocidad angular (w):

P = M * w = F * r * w

donde la potencia mecánica (P) viene expresada en Vatios (W), cuando el par está expresado en Newton por metro (N*m) y la velocidad en radianes por segundo (rad / seg).

En este caso, el torno será el elemento encargado de transformar el movimiento circular (w) en lineal (v) de la carga siendo:

w = v / r ; v = w * r

P = F * v

Se puede decir que la potencia mecánica también es igual al producto de la Fuerza ejercida, debido al peso de la carga, por la velocidad lineal de subida de ésta expresada en metros por segundo.

La velocidad lineal con la que sube o baja la carga será: v = l / t.

TORQUE

Torque de una Fuerza

(c) César Arroyo Cabrera, Alex Fernández Castillo

Publicado el 16-05-2004 . Palabras clave:

Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, el cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a algún eje. La propiedad de la fuerza para hacer girar al cuerpo se mide con una magnitud física que llamamos torque o momento de la fuerza. Se prefiere usar la palabra torque y no momento, porque esta última se emplea para referirnos al momento lineal, momento angular o momento de inercia, que son todas magnitudes físicas diferentes para las cuales se usa una misma palabra.

Analizaremos cualitativamente el efecto de rotación que una fuerza puede producir sobre un cuerpo rígido. Consideremos como cuerpo rígido a una regla fija en un punto O ubicado en un extremo de la regla, sobre el cual pueda tener una rotación, y describamos el efecto que alguna fuerza de la misma magnitud actuando en distintos puntos, produce sobre la regla fija en O, como se muestra en la figura (a).Una fuerza F₁ aplicada en el punto a produce una rotación en sentido antihorario, F₂ en b produce una rotación horaria y con mayor rapidez de rotación que en a, F₃ en b pero en dirección de la línea de acción que pasa por O no produce rotación, F₄ inclinada en b produce rotación horaria con menor rapidez de rotación que F₂; F₅ y F₆ aplicadas perpendicularmente a la regla no producen rotación. Por lo tanto existe una cantidad que produce la rotación del cuerpo rígido relacionada con la fuerza, que definimos como el torque de la fuerza.

Se define el torque T de una fuerza F que actúa sobre algún punto del cuerpo rígido, en una posición r respecto de cualquier origen O, por el que puede pasar un eje sobre el cual se produce la rotación del cuerpo rígido, al producto vectorial entre la posición r y la fuerza aplicada F.

T = r x F

El torque es una magnitud vectorial, si θ es el ángulo entre r y F, su valor numérico por definición del producto vectorial, es:

Su dirección es siempre perpendicular al plano de los vectores r y F, cuyo diagrama vectorial se muestra en la figura que sigue; su sentido está dado por la regla del producto vectorial o la regla de la mano derecha. En la regla de la mano derecha los cuatro dedos de la mano derecha apuntan a lo largo de r y luego se giran hacia F a través del ángulo q , la dirección del pulgar derecho estirado es la dirección del torque y en general de cualquier producto vectorial.

Por convención se considera el torque positivo o negativo si la rotación que produce la fuerza es en sentido antihorario u horario respectivamente.

El torque de una fuerza depende de la magnitud y dirección de F y de su punto de aplicación respecto de un origen O. Si la fuerza F pasa por O, r = 0 y el torque es cero. Si θ = 0 o 180º, es decir, F está sobre la línea de acción de r, F senθ = 0 y el torque es cero. F senθ es la componente de F perpendicular a r, sólo esta componente realiza torque, y se le puede llamar . En la siguiente figura se ve que = r senθ es la distancia perpendicular desde el eje de rotación a la línea de acción de la fuerza, a r- se le llama brazo de palanca de F. Entonces, la magnitud del torque se puede escribir como:

T = r (F senθ ) = F (r senθ ) = r = F