ud7.motores electricos
TRANSCRIPT
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
1/33
Magnetismo y electricidad.Motores elctricos.7
Unidad
http://cere
zo.pntic.mec.es/r
lopez33/bach/tecind2/
Tema_4/index.html
http://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/index.html -
8/7/2019 UD7.Motores electricos
2/33
1
Magnetismo7.1
Los fenmenos magnticos estn
relacionados con los imanes naturales
(magnetita).
Sobre los imanes podemos decir:
Sus extremos atraen con ms fuerza.
Una barra magntica partida en trozos
se comporta como un imn.
Los extremos del mismo signo se
repelen y los de distinto se atraen.
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
3/33
2
a) Campo gravitatorio:
a) Campo elctrico:
La Intensidad de campo es un vector
que tiene una direccin radialhacia el centro de la masa. En elcampo elctrico, si la carga es
negativa sale hacia ella, y se alejaen caso de ser positiva.
7.2 A - Conceptos magnticos
G=6,67.10-11 Nm2/kg2
K=1/4r0
Nm2/C2
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
4/33
3
Relacin entre electricidad y magnetismo
Experimento de Oersted:
Una corriente elctrica se comporta
como un campo magntico.
Experimento de Ampere:
Dos conductores atravesados por una
corriente elctrica.
I1 e I2 mismo sentido se atraen.
I1 e I2 distinto sentido se repelen.
Si aumentamos I1 o I2 al doble,
triple, ..
F aumenta el doble, triple .
Si disminuimos o aumentamos a
F aumenta o disminuye
F1/l = K (I1.I2)/a
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
5/33
4
De la expresin anterior obtenemos la
intensidad de campo como:
Su unidad en el SI es el tesla (T).
K = 0/4; 0= perm. mag. vaco = 4.10-7 T.m/A
B es un vector cuyo sentido viene determinado
por la regla de la mano derecha.
La fuerza del conductorF1 = I1.l.B, en el casode formar un ngulo F1 = I1.l.B.sen = l.IxB
B Induccin magntica
B = K . I2/a Conductor perpendicular al campo
Conductor paralelo al campo
Conductor oblicuo al campo
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
6/33
5
Una corriente elctrica es: I = q/t
Sustituyendo en la expresin de la fuerza: F=(q/t).IxB=q.(I/t)xB
Ley de Lorentz
El Tesla es muy grande y se usa el gauss 1G = 10-4 T
Diferencias entre campos elctricos y magnticos:
La F elctrica siempre tiene la misma direccin que el campo(sentido cambia q+/q-). La F magntica B.
La F originada por un B elctrico sobre q es independiente dela v de q. La F magntica slo acta sobre partculas enmovimiento.
La energa cintica de una q no se altera al entrar en uncampo magntico.
C Fuerzas sobre cargas en movimiento
F = q v x BRegla del sacacorchos
Accin de B sobre una
carga que se desplaza
http://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/fuerza.htmlhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/fuerza.html -
8/7/2019 UD7.Motores electricos
7/33
6
Situamos una espira dentro de un campo mag.uniforme de induccin B y por la que circula una I.
Los lados AB y CD son a B, la fuerzaF1 = I.a.B, igual y sentido opuesto. F = 0.
Los lados BC y DA forman un ngulo y
F2 = I.b.B sen , iguales y opuestas. F = 0.
Las F se anulan pero no el momento M
M = F1 b/2 sen+ F1 b/2 sen= I.a.B.b sen
M = I.B.S sen
La espira gira hasta situarse al campo B.
7.3 Fuerza y momento sobre una espira
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
8/33
7
Una S plana la podemos representar por un vectora la misma, as:
M = I S x B
El M tiende a girar a la espira y es el fundamentode las mquinas elctricas.
El M depende de la superficie S de la espira y node su forma. Tambin se puede disponer de Nespiras (bobina).
M = N I S B senUna vez alcanzada la posicin de equilibrio M=0,
por eso se usan 3 bobinas para que siempre
haya una en posicin y pueda girar. Este es elfundamento del motorelctrico.
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
9/33
8
Ahora hacemos el proceso inverso,movemos un conductor dentro de un
campo magntico B, se induce en elconductor una fuerza electromotrizdebida al movimiento.
f.e.m. = = I.B.(e/t) = -B.(S/t) =
- B.S/t = - /t (Ley Faraday)
= B.S = flujo (weber = tesla.m2)
f.e.m. se mide en voltios (v)
7.4 Fundamento de los generadores elctricos
http://xn--deducci%20de%20la%20ley%20de%20faraday-fd9a.doc/http://xn--deducci%20de%20la%20ley%20de%20faraday-fd9a.doc/ -
8/7/2019 UD7.Motores electricos
10/33
9
Clasificacin de los motores elctricos7.7
Segn la corriente
Corriente continua
CC
corriente alterna
CA
Motores universales
CC/CA
Tipo excitacin
independiente
serie
derivacin
compuesta
Imanes
permanentes
Velocidad de giro Tipo de rotor Nmero de fases
sncrono
asncrono
bobinado monofsicos
trifsicos
Cortocircuito o
jaula de ardilla
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
11/33
10
Motores de C.C.
Inductor:
Situado en el estator.
Crea el campo magntico.
Formado por una masa polarferromagntica que tienen arrolladasunas bobinas de cobre por donde circula
la I. (imanes permanentes).
Inducido:
Situado en el rotor.
Crea campos magnticos que seoponen al del motor.
Formado por bobinas alojadas enranuras de un cilindro de chapas
ferromagnticas, que terminan en elcolector de delgas.
7.8
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
12/33
11
B Magnitudes fundamentales de los motores de cc
El par interno: Mi = (1/2).(p/a).(N/60)..Ii
La f.c.e.m.: E= (p/a).(N/60)..n
Cuando la mquina ya est construida,
la mayora de las magnitudes son ctes.
Quedndonos: Mi=KIi y E= Kn
La tensin aplicada U y la E alcanzan
el equilibrio, apareciendo Ii:
Ii= (U E)/ri U = E+ ri IiSmil de un motor de cc
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
13/33
12
C Tipos de motores de cc
En funcin de cmo conectemos el
circuito inductor e inducido,
tendremos:
Excitacin independiente: El
inducido (A-B) y el inductor (J-K)estn alimentados con diferentes
fuentes de tensin. El flujo sercte. porque I
exlo es. La I que el motor
absorbe ser:
I = Ii =(U- E)/ri
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
14/33
13
Derivacin: Los dos devanados
estn conectados a la misma fuente
de tensin.
Serie: El inductor y el inducido estnconectados en serie. El va adepender de la carga.
Iex = U/Rd
Ii = (U- E)/ri
Im = Iex+ Ii
I = Ii = Iex = (U- E)/(ri+rs)
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
15/33
14
D Caractersticas de los motores de cc
Depende del tipo de excitacin:
DERIVACION (Mantenemos U=cte Iex
=cte)
Velocidad n=f(Ii).
E= Kn y E= U-riIi sustituyendo, tenemosn = (U-riIi )/ K como el es prcticamente cte
n = (U-riIi )/ K
(depende de riIi 4%U) Par Mi=f(Ii).
Mi = K Ii como el es prcticamente cteMi = K1Ii
Mecnica M=f(n). Es la caracterstica fundamental de
todo motor, junto con la carga. Relaciona la velocidad
del motor con su par interno. Motor muy estable.
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
16/33
15
SERIE (Mantenemos U=cte, pero Iex= Ii cte ) Velocidad n=f(Ii).
E= Kn y E= U-(ri +rs)Ii sustituyendo tenemos:
n = [U-(ri +rs)Ii ]/ KEl numerador es prcticamente cte, (ri +rs)I . No debe funcionar en vaco.
Par Mi=f(Ii).
Como Mi=KIi , el es proporcional a la Ii. (=K. Ii)Mi = K1(Ii)
2
Da pares motores grandes.
Mecnica M=f(n). El motor serie mantiene la potencia
prcticamente estable y se dice autorregulado en
potencia.Pu =Mu= (2.n/60).Mu
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
17/33
16
E Balance de potencias
Potencia absorbida: Pab = U.I
P perdida devanado inductor: Pcu1 = Rex(Iex)2
P perdida devanado inducido: Pcu2 = ri(Ii)2
P elctrica interna: Pei
= Pab
(Pcu1
+ Pcu2
) = EIi
Potencia til: Pu = Pei (PFe+ Pm)
Rendimiento: = Pu/ Pab , cuando despreciamos lasprdidas del Fe y mecnicas, nos queda:
= E/ U
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
18/33
17
F Arranque de los motores de cc
El motor debe realizarMiarranque> Mrarranque
En rgimen nominal de marcha , tenemos:
Ii = (U-E)/ri
En el arranque v=0 y E=0, por lo que:
Ii arranque =U/ri . Tomando valores muy elevados.
El REBT limita el valor de esta corriente, pudiendo
actuar: Sobre la U.
Sobre ri .
Colocando un restato de arranque Ra
.
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
19/33
18
G Regulacin de la velocidad
Su objeto es mantener la v en un valorprefijado. La v depende de:
n = E/K = (U-riIi)/ K
Tenemos que actuar sobre:
La U aplicada: Intercalando una R serie con el inducido (por resistencia)
Variando la U de alimentacin (control tensin)
El flujo : Intercalando un restato para variar la Iex.
Arranque por restato
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
20/33
19
H Inversin de sentido de giro
Basta con cambiar las conexiones del
inducido con respecto al inductor.
Si est parada, es indistinto cambiar las
del inductor o inducido. (se recomienda
las del inducido).
Si est en marcha, es obligado cambiar
las del inducido; pues si son las delinductor, se quedara sin excitacin. Hay
que intercalar toda la R del restato de
arranque.
Inversin de giro motor
derivacin
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
21/33
20
I Frenado de motores de cc
Se basa en el principio de reversibilidad: al
frenar pasa a ser generador, por lo que se
invierte el par motor (frenado elctrico). Sepuede hacer:
Frenado reosttico: se disipa la energa enlos restatos que sirven para el arranque.
Frenado regenerativo: devolver la energaa la red.
Frenado reosttico
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
22/33
21
Motores de CA trifsicos
A Constitucin:
7.9
Estator
Parte fija de chapas
magnticas aisladas y
ranuradas
interiormente.En ellas se alojan los
devanados trifsicos.
Rotor
Parte mvil de chapas
magnticas aisladas y
ranuradas
exteriormente. En su devanado hay
dos posibilidades:
Barras de Cu o Al
cortocircuitadas ensus extremos (asncronosrotor en cortocircuito)
Devanado trifsico
similar al estator(asncrono de rotor bobinado)
La separacin de aire
entre rotor y estatorse llama entrehierro.
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
23/33
22
Funcionamiento motor de ca
El motor esta formado por un parde polos porfase, los finales unidos en un punto comn.Aplicamos U trifsica.
La grafica nos indica el valor de I de cada fase(a,b,c), aplicando la regla del sacacorchosobtenemos el sentido del campo magntico encada instante.
http://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/motorca.html
El campo magntico gira a una f (vueltas/seg)y la velocidad ser:
n = 60.f1/p (vel. sncrona)
De ella depende la divisin entre mquinas
sncronas y asncronas.
Estator motor trifsico
Corrientes y campo magntico
Funcionamiento
http://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/motorca.htmlhttp://www.youtube.com/watch?v=YYvjkMvlZXkhttp://www.youtube.com/watch?v=YYvjkMvlZXkhttp://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_4/motorca.html -
8/7/2019 UD7.Motores electricos
24/33
23
La expresin del par en un motor de c.a. es:
M = KI1cosr
El rotor seguir el giro del campo pero a una velocidad
menor (n2), a esta diferencia se llama deslizamientoabsoluto: d = n1 n2
Si la expresamos en funcin de la velocidad delcampo obtenemos el deslizamiento relativo:
S = (n1 n2 )/n1 (%)
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
25/33
24
B Conexin de un motor trifsico
El motor se puede conectar en :
Estrella: los finales se unen en un punto.
Tringulo: el final con el principio.
Un motor lleva dos tensiones 230/400v. en suplaca, de forma que 230v. para conectar en , y400v. en
UL = 3 Uf IL = If
UL = Uf IL = 3 If
Conexin estrella
Conexin tringulo
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
26/33
25
Curvas caractersticas
a) De velocidad n=f(P); U=cte; f= cte.
Se reduce 2%-5% al aumentar la P quesuministra.
b) De consumo I=f(P); U y f = cte.
La I se incrementa a medida que aumenta la
carga. En vaco absorbe 25-50% de la
nominal.
c) De factor de P cos =f(P); U y f=cte.
Para conocer el consumo de la energa reactiva
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
27/33
26
d) De rendimiento =f(P); U y f=cte.
Aumenta muy rpidamente hasta un mximo, las prdidas fijas(PFE+Pm) se igualan a las variables (PCu), para luegodisminuir de forma lenta.
e) Mecnica M=f(n); U y f=cte.
Ma es el par de arranque, a medida que n aumenta, el par aumentahasta Mmax. La n se reduce muy lentamente hasta la vel.sncrona (ns) donde el par es 0.
Podemos estudiar los tres puntos crticos:
En vaco, gira muy prxima a la velocidad de sincronismo(n0). No suministra Ptil y el par del motor slo compensa lasprdidas.
Arranque, la n=0 y el parMa >par de la carga Mra.
En carga, el punto de funcionamiento P es donde se cruzanlas caractersticas del motor y carga. Mmotor=Mcarga
La n y el parson Mn
y nn
, suponiendo que la carga es la nominal.
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
28/33
27
Balance de potencias
Al conectar el motor a la red absorbe:
P activa P = 3 ULIL cos (w)
P reactiva Q = 3 ULILsen (VAr)
P aparente S = 3 ULIL (VA)
Factor de potencia cos=P/S
Prdidas en el Cu: Estator P
Cu1= 3.R
1(I
1)2 (w)
Rotor PCu2= 3.R2(I2)2 (w)
En el Fe por ciclo histresisy corrientes deFoucault
Mecnicas Pm. = Pu/Pab
C P di i t d
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
29/33
28
C Procedimientos de arranque
Dependen del tipo de motor:
Motor de rotor encortocircuito:
a) Directo (Iarran 3 a 8 In Marran 1 a 1,5 Mn)
b) Disminuir la U alimentacin:
Arranque estrella-tringulo. Arranque por autotransformador.
Arranque por resistencias estatricas.
Arranque electrnico.
a)
b) estrella-tringulo
b) electrnico
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
30/33
29
Motor de rotor bobinado
Se intercalan grupos de resistencias rotricas, amedida que el motor adquiere n, se quitan resistenciashasta alcanzar la nn.
D Regulacin de la velocidad
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
31/33
30
D Regulacin de la velocidad
Hasta hace poco tiempo era unproblema, como:
n2 = [(1-S).60.f1]/p , nos indica dosformas de controlarla:
Variando la velocidad de
sincronismo: Cambio el n de p. (solo jaula ardilla)
Modificando la f (electrnicamente)
Modificando el deslizamiento,variando la U aplicada al motor.
(slo en pequeos motores de induccin)
Conexin Dhalander/2
E F d d l t
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
32/33
31
E Frenado de los motores asncronos
Los sistemas que se usan son:
Frenado regenerativo: para montacargas y grasen el descenso, acta como generador; el estatora la red y el rotor supere la velocidad desincronismo.
Frenado dinmico: desconectar de la red yaplicar una I continua al estator creando un
campo magntico estacionario. Mientras gire seproduce un par opuesto al giro y frenando almotor.
Motores monofsicos7 10
-
8/7/2019 UD7.Motores electricos
33/33
32
Motores monofsicos
Los ms importantes son:
Colector. (muy parecidos a los de excitacin seriede cc).
Induccin. (similares trifsicos rotor en cortocircuito.El estator est ranurado y aqu se alojan dosbobinados:
El principal o de trabajo (2/3 de las ranuras).
El auxiliar o de arranque (ocupa 1/3).
Para que gire tenemos que dotarle de un par dearranque por algn sistema:
De fase partida (un devanado auxiliar desfasado
90 elctricos del principal). De arranque por condensador(conectar un C enserie con el devanado auxiliar).
En ambos casos se suele colocar un interruptor
centrfugo en el circuito auxiliar, que se abre alalcanzar un n de revoluciones prximo al nominal.
7.10
Motor monofsico de fase partida
Motor monofsico arranque por condensador