J L MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA 215. MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Es la máquina que transforma la energía eléctrica, que recibe en forma de corriente continua, eñ energía mecánica. Su constitución es igual que la de la dínamo. La dínamo es una máquina reversible, movida por un motor consume energía mecánica y suministra energía eléctrica. Conectada a una línea de corriente continua consume energía eléctrica y suministra energía mecánica. 216. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR Al conectar el devanado inducido de la máquina a una línea de corriente continua, por los conductores circula una corriente que hace girar el rotor en el campo magnético de los polos inductores. En la figura 8.1 se observa que cuando el rotor giró media vuelta también cambió el sentido de la corriente en el devanado inducido, de F'9- 8 - 1 forma que la fuerza sobre los conductores tiene el mismo sentido (regla de la mano izquierda). Al girar el inducido se engendra en él una fuerza contraelectromotriz; pero en el momento del arranque la fuerza contraelectromotriz es nula, tomando la corriente un valor muy elevado, que se limita intercalando un reóstato en serie con el inducido hasta que la velocidad del motor adquiere su valor normal. 217. FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ El valor de la fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m) se calcula de la misma forma que la fuerza electromotriz en la dínamo y se expresa por E' _ ~

nN$p a

60

PROBLEMAS DE APLICACIÓN 217.1 Un motor de corriente continua octopolar tiene un inducido de 120 ranuras con 6 conductores por ranura y devanado imbricado simple. El flujo útil por polo es 0,064 Wb. Calcular la fuerza contraelectromotriz engendrada en el inducido cuando gira a 560 r.p.m. El número de polos 2p=8; p=4 El número de ramas en paralelo 2 a = 2 p = 8 ; a= 4 El número de conductores activos N= 120-6 =720 conductores. ° Editorial Paraninfo S.A.

194

ELECTROTECNIA La f.c.e.m.

E' -

60 a

- 560-720 0,064-4 60-4

= 43Q

217.2 Un motor de corriente continua de 12 polos gira a 3 000 r.p.m., tiene 720 conductores activos en el inducido y el flujo útil por polo es 0,01 Wb. Si el devanado del inducido es imbricado doble, calcular la f.c.e.m. de la máquina. Solución: 180 V. 218. REACCIÓN DEL INDUCIDO Al igual que en el generador, al circular la corriente por el inducido produce un flujo de reacción; pero como a igual sentido de corriente que en el generador, el motor gira en sentido contrario, la deformación de flujo magnético se produce de tal manera que debilita el flujo a la salida de las piezas polares y lo refuerza a la entrada de dichas piezas. 219. CONMUTACIÓN Para mejorar la conmutación en el motor se utilizan dos procedimientos, igual que en la dínamo. 1) Desviar las escobillas en sentido contrario al de giro del rotor. 2) Utilizar polos auxiliares. 220. VELOCIDAD DE ROTACIÓN La velocidad del motor es directamente proporcional a la fuerza contraelectromotriz e inversamente proporcional al flujo inductor.1 n=k

/ E' —

Despreciando la caída de tensión en el inducido,

y n =k —

221. MOMENTO DE ROTACIÓN Sobre los conductores del devanado rotórico de una máquina se ejercen fuerzas de origen electromagnético que dan lugar a un par o momento de giro, que se llama momento de rotación M.

1

Despejando el valor de la velocidad de rotación en la fórmula de la f.c.e.m.

El valor

k =

a

pN

es constante, por construcción, para cada máquina.

La velocidad de rotación

c

Editorial Paraninfo S.A.

n =k

E'

9

n=

60 aE'

~pW¥

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

195

El momento de rotación útil desarrollado por un motor es la relación entre la potencia que suministra o potencia útil Pu y su velocidad angular co. (jí Siendo M u : Momento de rotación en newton-metro (Nm) Pu: Potencia útil (W) üj: Velocidad angular (rad/s) La velocidad angular se calcula en función de la velocidad de rotación n en r.p.m. 03

=

2 ir«

60

El par o momento electromagnético M es la potencia electromagnética dividida por la velocidad angular co M =

E l co

E'IÍ

1

El par electromagnético es directamente proporcional al flujo por polo y a la intensidad en el inducido.2 M = k' $ L La diferencia entre el par electromagnético y el par útil es el par de pérdidas por rotación Mp = M-Mu PROBLEMAS DE APLICACIÓN 221.1 Un motor indica en su placa de características una potencia de 10 CV y una velocidad de giro de 1490 r.p.m. Calcular: a) Momento útil de rotación nominal o de plena carga. b) Fuerza media total que hace girar al inducido si éste tiene un diámetro de 24 cm. a) La potencia útil de plena carga La velocidad angular

Pa = 10-736 = 7 360 W

a> = 2 -k — = 2 ir J-1^2 = 156 rad/s 60 60

5

nN$p El par electromagnético *

El valor

k' =

Np y

2ir a

. . E'I.t ~60a~ M = = u> 2irn

1

Np , , = —L-Vl 2ira

es constante, por construcción, para cada máquina.

Entonces, el par electromagnético ° Editorial Paraninfo S.A.

~W

j

M = kL

ELECTROTECNIA

196

P n M =— = = 47 18 Nm u o> 156 b) El momento de rotación es el producto de la fuerza por la mínima distancia de su recta de acción al eje de giro. El momento de rotación nominal

M =F — 2 Siendo F la fuerza en newtons y D el diámetro del inducido en metros. La fuerza media sobre la periferia del inducido. ^

D

7

= 4708 0,12

? N

221.2 Un motor indica en su placa de características una potencia de 15 CV con una velocidad de 730 r.p.m. Calcular el momento de rotación en el arranque sabiendo que es el triple del momento nominal. Solución: 433,3 Nm. 221.3 El inducido de un motor de corriente continua es exapolar imbricado doble, tiene 700 conductores activos y un diámetro de 50 cm y gira a 800 r.p.m. El flujo útil por polo es 0,0924 Wb y la intensidad de corriente en el inducido es 216 A. Calcular: a) Valor de la f.c.e.m. b) Potencia electromagnética. c) Momento electromagnético. d) Fuerza media total que hace girar el inducido. Solución: a) 431,2 V; b) 93,139 kW; c) 1111,8 Nm; d) 4447 N. 222. BALANCE DE POTENCIAS EN LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA Como en todo proceso de conversión de energía, en la máquina eléctrica rotativa, parte de la energía absorbida se utiliza y otra parte se pierde en forma de calor. Las pérdidas en las máquinas rotativas pueden dividirse en dos grupos: 1) Pérdidas eléctricas, que se producen por la circulación de la corriente eléctrica en los devanados. 2) Pérdidas por rotación, que se dividen a su vez en : a) Pérdidas mecánicas o de rozamiento, que dependen solamente de la velocidad de rotación. b) Pérdidas en el hierro del circuito magnético, dependientes del flujo magnético y de la velocidad de rotación. En la dínamo la diferencia entre la potencia mecánica que absorbe P ab y la potencia perdida por rotación P rot es la potencia electromagnética P em = El,. La potencia útil Pu = VJ es esta potencia electromagnética menos las pérdidas eléctricas en los devanados P Cu .

c

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MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Pu = VJ

ab " >-

D ' wa mo

Cu

En el motor la diferencia entre la potencia eléctrica absorbida P ab = VJ y las pérdidas eléctricas en los devanados PCu es la potencia electromagnética Pcm = E'IV La potencia mecánica útil es esta potencia electromagnética menos las pérdidas por rotación /> . -P =F'I em i A Cu r

E

223. TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Igual que las dínamos, los motores, según el conexionado de los devanados inductores, puede ser de excitación serie, derivación y compuesta. 224. MOTOR SERIE El motor serie, (fig. 8.2) tiene un elevado momento de rotación en el arranque y su velocidad varía mucho con la carga, existiendo en vacío peligro de exceso de velocidad (embalamiento). La tensión en bornes del motor es la suma de la fuerza contraelectromotriz y la caída de tensión interna. Vh = E' + (r + Rc + Rs)I

+ 2 Vc

La intensidad en el arranque, al no haber en ese instante f.c.e.m. / =

V-2V r+R

+R +R e s a Siendo R 3 la resistencia intercalada en el reóstato de arranque. La intensidad permitida en el arranque es de 1,5 a 2,5 veces la nominal. La característica mecánica de la máquina es la curva del momento útil (fig. 8.3) en función de la velocidad de rotación Mu = f(n). El motor serie no debe funcionar en vacío, porque al ser muy pequeño el flujo magnético, adquiere una gran r