miércoles, 3 de junio de 2009

Generadores de corriente continua

Si una armadura gira entre dos polos de campo fijos, la corriente en la armadura se mueve en una dirección durante la mitad de cada revolución, y en la otra dirección durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en una dirección, o continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. En las máquinas antiguas esta inversión se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban entre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón se mantenían en contra del conmutador, que al girar conectaba eléctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posición en el momento en el que la corriente invertía su dirección dentro de la bobina de la armadura. Así se producía un flujo de corriente de una dirección en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 V. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de diodo.
Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo magnético a través del cual se esté moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo.
Los generadores de corriente continua se clasifican según el método que usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo. Un generador de excitado en serie tiene su campo en serie respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivación, tiene su campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en paralelo. Los dos últimos tipos de generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas eléctricas variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable. Un magneto es un generador pequeño de corriente continua con un campo magnético permanente.

Generadores de corriente alterna (alternadores)


Como se decía antes, un generador simple sin conmutador producirá una corriente eléctrica que cambia de dirección a medida que gira la armadura. Este tipo de corriente alterna es ventajosa para la transmisión de potencia eléctrica, por lo que la mayoría de los generadores eléctricos son de este tipo. En su forma más simple, un generador de corriente alterna se diferencia de uno de corriente continua en sólo dos aspectos: los extremos de la bobina de su armadura están sacados a los anillos colectores sólidos sin segmentos del árbol del generador en lugar de los conmutadores, y las bobinas de campo se excitan mediante una fuente externa de corriente continua más que con el generador en sí. Los generadores de corriente alterna de baja velocidad se fabrican con hasta 100 polos, para mejorar su eficiencia y para lograr con más fácilidad la frecuencia deseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, sin embargo, son a menudo máquinas de dos polos. La frecuencia de la corriente que suministra un generador de corriente alterna es igual a la mitad del producto del número de polos y el número de revoluciones por segundo de la armadura.
A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible. Las armaduras rotatorias no son prácticas en este tipo de aplicaciones, debido a que pueden producirse chispas entre las escobillas y los anillos colectores, y a que pueden producirse fallos mecánicos que podrían causar cortocircuitos. Por tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor compuesto de un número de imanes de campo. El principio de funcionamiento es el mismo que el del generador de corriente alterna descrito con anterioridad, excepto en que el campo magnético (en lugar de los conductores de la armadura) está en movimiento.
La corriente que se genera mediante los alternadores descritos más arriba, aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica. Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el número de bobinas en la armadura, pero en la práctica de la ingeniería eléctrica moderna se usa sobre todo la corriente alterna trifásica, con el alternador trifásico, que es la máquina dinamoeléctrica que se emplea normalmente para generar potencia eléctrica.

Control de velocidad para motores DC por modulación
de ancho de pulso
Frecuentemente, se intenta controlar un motor DC mediante una resistencia variable conectada a un
transistor. Si bien este sistema funciona, genera gran cantidad de calor y perdidas de potencia.
Con este simple circuito se elimina ese problema controlando la velocidad de un motor DC mediante la
modulación por ancho de pulso.
Cuando más ancho es el pulso, mayor es la velocidad del motor y viceversa.
Esquema
Partes
Partes Cantidades Descripción Substitutos
R1 1 1 Meg 1/4W Resistor
R2 1 100K preset lineal
C1 1 0.1uF 25V Capacitor cerámico
C2 1 0.01uF 25V Ceramic Disc Capacitor
Q1 1 IRF511 MOSFET IRF620
U1 1 4011 CMOS NAND Gate
S1 1 DPDT Switch
M1 1 Motor (ver Notas)
Notas
1. R2 Ajusta la frecuencia del oscilador y por lo tanto la velocidad del motor M1.
2. M1 puede ser cualquier motor DC que opere a partir de los 6v y no consuma mas allá de la corriente
soportada por Q1. El voltaje puede ser incrementado conectando un voltaje mas elevado directamente al
switch S1 en lugar de usar los 6v que alimentan al circuito. (Asegúrese de no exceder el máximo voltaje
soportado por Q1)
4. Q1 de la lista de partes (IRF511) puede soportar un máximo de 5 amperes. Puede usar IRF620 para
manejar un máximo de 6 amperes

lunes, 1 de junio de 2009

CONTROL DE VELOCIDAD EN MOTORES ELECTRICOS

Sistemas utilizados para la regulación de la velocidad
La regulación de la tensión aplicada al inducido puede hacerse por:
Control reostático en el inducido:

La regulación de la tensión se consigue disponiendo de una resistencia regulable en serie con el inducido, pudiendo servir para ello el reóstato de arranque.
La introducción de resistencias tiene una desventaja, ya que se pierde por efecto Joule una potencia R•I2, tanto más importante cuanto más haya de va¬riarse la velocidad.
Regulación por acoplamiento de motores:
Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios mo¬tores como ocurre en tracción eléctrica.
Así, una locomotora que dispone de seis motores serie emplea las conexio¬nes siguientes:
Serie: En la que permanecen los 6 motores acoplados en serie, por lo que a cada motor se aplicará 1/6 de la tensión de red, y los motores girarán a la velocidad más reducida.
Serie-paralelo: Formada por dos ramas de 3 motores en serie, y éstas a su vez en paralelo. La tensión aplicada a cada motor será de 1/3 de la tensión de red, por lo que el motor girará a mayor velocidad que en el caso anterior.
Paralelo: Formada por 3 ramas de 2 motores en serie. y éstas a su vez en paralelo. La tensión que se aplica a cada motor es 1/2 de la tensión de red.
Grupo Ward-Leonard:
Es un sistema para regular la velocidad, por variación de tensión. Muy uti¬lizado principalmente para trabajos duros, que consume potencias elevadas.
El grupo Ward-Leonard, está compuesto por las siguientes máquinas:
Grupo convertidor corriente alterna/continua, compuesto por un motor trifásico de corriente alterna y un generador de corriente continua de excitación independiente.
El motor de corriente continua o de trabajo, de excitación independiente.
Una excitatriz para alimentar los circuitos de excitación, si bien puede ser sustituido por un rectificador, por ser este último el que ha reem¬plazado ventajosamente a la excitatriz.
La regulación del flujo inductor puede conseguirse por:
Control reostático en el circuito inductor:
Según la expresión de la velocidad, ésta puede variar en razón inversa al flujo, de forma que otro procedimiento de regular la velocidad de un motor es variando la corriente de excitación.
La variación de corriente de excitación se logra intercalando un reóstato en serie con el devanado de campo en el motor derivación, y en paralelo en el motor serie.
Este sistema de regulación presenta las ventajas de sencillez de realización y de reducido consumo, ya que las pérdidas por efecto Joule son:
En el motor existe una derivación muy reducida la corriente Iex, y en el motor se¬rie, mínima la resistencia desviadora Rr.
Sin embargo, este sistema no es muy utilizado, por ofrecer una gama de control de velocidad reducida (de 1 a 2,5). Este inconveniente surge, tanto al disminuir la velocidad, por la limitación de la saturación del circuito magnético, como en el aumento, por el excesivo valor de corriente y la consiguiente reacción de inducido.

VELOCIDAD EN MOTORES ELECTRICOS

Sistemas utilizados para la regulación de la velocidad
La regulación de la tensión aplicada al inducido puede hacerse por:
Control reostático en el inducido:

La regulación de la tensión se consigue disponiendo de una resistencia regulable en serie con el inducido, pudiendo servir para ello el reóstato de arranque.
La introducción de resistencias tiene una desventaja, ya que se pierde por efecto Joule una potencia R•I2, tanto más importante cuanto más haya de va¬riarse la velocidad.
Regulación por acoplamiento de motores:
Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios mo¬tores como ocurre en tracción eléctrica.
Así, una locomotora que dispone de seis motores serie emplea las conexio¬nes siguientes:
Serie: En la que permanecen los 6 motores acoplados en serie, por lo que a cada motor se aplicará 1/6 de la tensión de red, y los motores girarán a la velocidad más reducida.
Serie-paralelo: Formada por dos ramas de 3 motores en serie, y éstas a su vez en paralelo. La tensión aplicada a cada motor será de 1/3 de la tensión de red, por lo que el motor girará a mayor velocidad que en el caso anterior.
Paralelo: Formada por 3 ramas de 2 motores en serie. y éstas a su vez en paralelo. La tensión que se aplica a cada motor es 1/2 de la tensión de red.
Grupo Ward-Leonard:
Es un sistema para regular la velocidad, por variación de tensión. Muy uti¬lizado principalmente para trabajos duros, que consume potencias elevadas.
El grupo Ward-Leonard, está compuesto por las siguientes máquinas:
Grupo convertidor corriente alterna/continua, compuesto por un motor trifásico de corriente alterna y un generador de corriente continua de excitación independiente.
El motor de corriente continua o de trabajo, de excitación independiente.
Una excitatriz para alimentar los circuitos de excitación, si bien puede ser sustituido por un rectificador, por ser este último el que ha reem¬plazado ventajosamente a la excitatriz.
La regulación del flujo inductor puede conseguirse por:
Control reostático en el circuito inductor:
Según la expresión de la velocidad, ésta puede variar en razón inversa al flujo, de forma que otro procedimiento de regular la velocidad de un motor es variando la corriente de excitación.
La variación de corriente de excitación se logra intercalando un reóstato en serie con el devanado de campo en el motor derivación, y en paralelo en el motor serie.
Este sistema de regulación presenta las ventajas de sencillez de realización y de reducido consumo, ya que las pérdidas por efecto Joule son:
En el motor existe una derivación muy reducida la corriente Iex, y en el motor se¬rie, mínima la resistencia desviadora Rr.
Sin embargo, este sistema no es muy utilizado, por ofrecer una gama de control de velocidad reducida (de 1 a 2,5). Este inconveniente surge, tanto al disminuir la velocidad, por la limitación de la saturación del circuito magnético, como en el aumento, por el excesivo valor de corriente y la consiguiente reacción de inducido.

domingo, 31 de mayo de 2009




FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR JAULA DE ARDILLA
LAS PARTES DE UN MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA SON BASICAMENTE:
FLECHA
ROTOR
ESTATOR O NUCLEO LAMINADO
BOBINAS
RODAMIENTOS
CARCASA
TAPAS
LOS MOTORES DE JAULA DE ARDILLA SE PUEDEN CLASIFICAR EN CINCO CLASES Y A CONTINUACION SE EXPLICARA EL FUNCIONAMIENTO Y VENTAJAS DE CADA UNA DE ELLAS.

MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE A

El motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal o estándar fabricado para uso a velocidad constante. Tiene grandes áreas de ranuras para una muy buena disipación de calor, y barras con ranuras ondas en el motor. Durante el periodo de arranque, la densidad de corriente es alta cerca de la superficie del rotor; durante el periodo de la marcha, la densidad se distribuye con uniformidad. Esta diferencia origina algo de alta resistencia y baja reactancia de arranque, con lo cuál se tiene un par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el nominal a plena carga. El par de arranque es relativamente alto y la baja resistencia del rotor producen una aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal. Tiene la mejor regulación de velocidad pero su corriente de arranque varía entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal, haciéndolo menos deseable para arranque con línea, en especial en los tamaños grandes de corriente que sean indeseables.
Motores de inducción de jaula de ardilla clase B
A los motores de clase B a veces se les llama motores de propósito general; es muy parecido al de la clase A debido al comportamiento de su deslizamiento-par. Las ranuras de su motor están embebidas algo más profundamente que el los motores de clase A y esta mayor profundidad tiende a aumentar la reactancia de arranque y la marcha del rotor. Este aumento reduce un poco el par y la corriente de arranque.
Las corrientes de arranque varían entre 4 y 5 veces la corriente nominal en los tamaños mayores de 5 HP se sigue usando arranque a voltaje reducido. los motores de clase B se prefieren sobre los de la clase A para tamaños mayores.
Las aplicaciones típicas comprenden las bombas centrífugas de impulsión, las máquinas herramientas y los sopladores.
MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE C
Estos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto par de arranque y una menor corriente de arranque.
Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente, sin embargo cuando se emplea en grandes cargas, se limita la disipación térmica del motor por que la mayor parte de la corriente se concentra en el devanado superior.
En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia.
Las aplicaciones de os motores de clase C se limitan a condiciones en las que es difícil el arranque como en bombas y compresores de pistón
MOTORES DEINDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE D
Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla clase D se conocen también como de alto par y alta resistencia.
Las barras del rotor se fabrican en aleación de alta resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la superficie o están embebidas en ranuras de pequeño diámetro. La relación de resistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en lo motores de las clases anteriores.
El motor está diseñado para servicio pesado de arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en esta clase de motores es la peor.
MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA DE CLASE F
También conocidos como motores de doble jaula y bajo par. Están diseñados principalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor corriente de arranque de todas las clases. Tiene una alta resistencia del rotor tanto en su devanado de arranque como en el de marcha y tiende a aumentar la impedancia de arranque y de marcha, y a reducir la corriente de marcha y de arranque.
El rotor de clase F se diseño para remplazar al motor de clase B. El motor de clase F produce pares de arranque aproximadamente 1.25 veces el par nominal y bajas corrientes de arranque de 2 a 4 veces la nominal. Los motores de esta clase se fabrican de la capacidad de 25 hp para servicio directo de la línea. Debido a la resistencia del rotor relativamente alta de arranque y de marcha, estos motores tienen menos regulación de voltaje de los de clase B, bajan capacidad de sobrecarga y en general de baja eficiencia de funcionamiento. Sin embargo , cuando se arrancan con grandes cargas, las bajas de corrientes de arranque eliminan la necesidad de equipo para voltaje reducido, aún en los tamaños grandes.