Física - Electrotécnia

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Apunte de electrotécnia: Motor de Corriente Continua. Derivación o paralelo. Formas de variar la velocidad. Resumen comparativo Serie - Derivación. Motor Compound.

Motor de Corriente Continua

Conexiones:

1 - Derivación o paralelo

La resistencia de arranque es pequeña pero grande con respecto a R_i.

Arranca en M con resistencia de arranque y luego se disminuye hasta llegar a R.

R: Rotor.
L: Line.
M: Magnet.

E = K.Φ.n ® fcem

V = K.Φ.n + I.R

R: resistencia del circuito.

R _exc > R_i

R _arr > R_i

R _arr < R

Ejemplo:

R_i = 5 Ω

R _arr = 20 Ω

R _exc = 1500 Ω

La corriente de excitación es grande porque n es alto.

Precauciones:

No se debe disminuir demasiado el flujo, lo que implica que no se debe abrir el circuito de excitación, esto haría que aumente n.

n = (V - I.R_i)/K.Φ

Por el contrario, si se quiere frenar la máquina se debe aumentar el flujo para que corte menos líneas de campo por unidad de tiempo.

Características a Analizar:

1) Velocidad ® n = f(I)

2) Cupla ® T = f(I)

3) Mecánica ® n = f(T)

1) La velocidad es del tipo dura (rígida) es decir que varía muy poco.

Como se trabaja con la tensión de la red, el flujo es prácticamente constante, pero puede variar si se varia la corriente, si la corriente aumenta varían dos términos

1 - R_i.I aumenta Þn disminuye

2 - Φ disminuye por reacción del inducido

Por lo tanto n @ constante

2) Como el flujo es prácticamente constante la cupla es proporcional a la corriente.

A medida que aumenta la corriente disminuye el flujo por reacción del inducido y la cupla pierde un poco de proporcionalidad.

T = K.Φ.I

3) A medida que aumenta el par disminuye n por una proporcional al par.

El motor es de velocidad prácticamente constante en función de la carga, lo que implica que es difícil modificarle la velocidad.

n = V/K.Φ - R_i.T/K ².Φ ² ≡ n = k₁ - k₂.T

Formas de variar la velocidad

1 - Variando la tensión: no se usa porque se trabaja con la tensión de re.

2 - Modificando la resistencia interna: no conviene porque pasa toda la corriente y hay mucha disipación.

3 - Variar el campo: se logra con pequeñas modificaciones de la resistencia de excitación.

2 - Serie

La conexión en serie implica que la corriente es la misma en todo el circuito.

Características a Analizar:

1) Velocidad ® n = f(I)

2) Cupla ® T = f(I)

3) Mecánica ® n = f(T)

1) Velocidad

El flujo es proporcional a la corriente.

Φ = K.I

n = (V - I.R_i)/K.Φ

n = V/K.Φ - I.R_i/K.Φ

n = V/K.K.I - I.R_i/K.K.I

n = V/K ².I - R_i/K ²

n = V/K ².I - k

La velocidad n es inversamente proporcional a la corriente.

Si n ® 0:

0 = V/K ².I - k

V/K ².I = k

V/K ².k = I

I ® ∞ Þ I_cc

Si I ® 0:

n = V/K ².I - k

V/K ².I ® ∞ y k es despreciable

n ® ∞

Este motor es muy sensible al cambio de corriente en vacío, por la poca corriente que toma corre el riesgo de sobrevueltas.

Debe estar directamente acoplado a la carga (sin acoplamientos intermedios, sin poleas ni manchones).

Por otra parte con un número pequeño de vueltas aumenta excesivamente la corriente y sobrecalentarse.

2) Cupla

Como

T = K.Φ.I

y

Φ = K.I.

T = K ².I ²

La cupla es proporcional al cuadrado de la corriente.

3) Mecánica

De las ecuaciones vistas anteriormente:

n = V/K ².I - k (1)

T = K ².I ² (2)

De (2):

I = √T/K

Reemplazando en (1):

n = V/(K ².√T/K) - k

n = V/(K.√T) - k

Esta es la característica más importante de este motor.

Cuando no hay resistencia (par pequeño) el motor se puede embalar, no debe trabajar en vacío.

El motor tiene el máximo par en el momento del arranque.

Si la carga es mucha el motor se puede parar.

Usos

Este motor se utiliza en la tracción eléctrica,es el de mayor par en el momento del arranque (trenes, subtes, puentes grúa, etc).

Generalmente arranca en conexión serie (máximo par) y luego se lo conmuta a derivación para tener velocidad constante.

Resumen comparativo Serie - Derivación

Motor Compound

Con característica intermedias de los anteriores.

Puede ser:

Aditivo: flujos coincidentes, se suman.

Sustractivos: flujos opuestos, se restan.

Muy utilizado para controlar la velocidad, se lo puede utiliza como motor o como freno.

En un tren en movimiento, se desconecta la excitación y se lo conecta a una caja de resistencias, al estar girando se comporta como generador, por lo que aparece una fuerza igual y contraria que tiende a frenarlo, finalmente se utiliza el freno mecánico.