Principio del dínamo de motor devanado

1. Maquinas Eléctricas
MOTORES DE CD CON ROTOR DEVANADO

2. Principios de la Dínamo de
Rotor Devanado
Melo Gabriel
Chuga Jhonny
Granja Gabriela
Herrera Diego
Criollo Daniel
Brito Bryan
Arroyo Miguel

3. E. Eléctrica E. Mecánica
Generador
E. Eléctrica
E. Mecánica
Motor

4. Maquina Desconectada
“Puede
funcionar
como un
motor, o un
generador,
según la
necesidad”.
Dinamo

5. Rotor(Acero)
Permeabilidad
Conductividad
(C.Parasitas )
(Calentamiento)

6. Entrehierro
Distancia entre la superficie del rotor y las caras polares
de campo
Menor es el entrehierro:
◦ Campo magnético es más fuerte
◦ < eficiencia de la máquina
◦ > salida de E. eléctrica por cada unidad de entrada de E.
mecánica.
◦ Tolerancias de fabricación más estrictas
◦ < excentricidad radial tolerable.

7. 12-2-3 Producción de Voltaje – Ley de
Faraday
Cuando una espira de alambre (un devanado) se somete a un flujo
magnético que varíe en el tiempo, inducirá o generará un voltaje V. El
voltaje inducido por cada vuelta, en volts, es igual a la rapidez de cambio
del flujo magnético respecto al tiempo, medida en webers por segundo.
𝑉 = 𝑁 ∙
∆𝜑
∆𝑇

8. 12-2-3 Producción de Voltaje – Ley de
Faraday

9.  El eje del rotor se impulsa para que gire, con un motor mecánico de
algún tipo. A este motor se le llama fuerza motriz primaria o primotor o
simplemente motor.
 No nos interesa exactamente cómo haga el primotor mover al rotor, sólo
que pueda mantenerlo girando.
 Al girar la bobina de una vuelta en el espacio, el voltaje instantáneo que
aparece en las terminales del devanado varía en forma de onda
senoidal.
 De 0-180º la polaridad es positiva, los 180º restantes la polaridad es
negativa, invirtiéndose el sentido de la onda

11. 𝑉 = 𝑁
∆𝜑
∆𝑇
𝑉 = 1
13𝑚𝑊𝑏 − 13𝑚𝑊𝑏
1𝑚𝑠
𝑉 = 0𝑉

12. 𝑉 = 𝑁
∆𝜑
∆𝑇
𝑉 = 1
13𝑚𝑊𝑏 − 11𝑚𝑊𝑏
1𝑚𝑠
𝑉 = 2𝑉

13. 𝑉 = 𝑁
∆𝜑
∆𝑇
𝑉 = 1
11𝑚𝑊𝑏 − 7𝑚𝑊𝑏
1𝑚𝑠
𝑉 = 4𝑉

14. 𝑉 = 𝑁
∆𝜑
∆𝑇
𝑉 = 1
7𝑚𝑊𝑏 − 0𝑚𝑊𝑏
1𝑚𝑠
𝑉 = 7𝑉

17. 12.2.4 polaridad del voltaje generado – ley de Lenz
 La ley de lenz nos dice que si hay eventos externos que
produzcan un cambio de flujo en una espira, ésta trata
de circular corriente en los conductores de tal manera
que el flujo interno se oponga al cambio que le impone
los eventos externos

18. 12.2.4 polaridad del voltaje generado –
ley de Lenz
• 0-90º disminuye el flujo, la corriente sale
por el rojo y entra por el negro
• 90-180º el flujo aumenta de izquierda a
derecha, la corriente debe salir por el rojo y
entrar por el negro, voltaje es 0
• 180-270º el flujo va disminuyendo, la
corriente debe salir por el negro y regresar
al rojo, se genera un ciclo negativo
• 270-360º cambia el valor máximo a 0

19. 12.2.5 Adición de anillos rozantes y escobillas
• Un anillo rozante se encarga de realizar
la conexión eléctrica a través de un
conjunto giratorio.
• La parte externa esta pulida y en ella
rozan los carbones o escobillas y al
contacto con el anillo ejecutan la
transferencia de energía eléctrica.

20. 12.2.6 Rectificación mecánica CA a CD-Conmutación.
• Cambio de generador de CA a CD,
llamado Dínamos DC.
• Cuando el devanado de la armadura está
alejado 90° de su posición inicial. El flujo
magnético que pasa por la bobina es cero.
Líneas de flujo horizontales Con ∅= 0 y
∆∅/∆𝑡 tiene su valor máximo posible.
• Cuando hay 90° de rotación, la terminal
roja de la bobina permanecerá positiva y
la negra permanecerá negativa.
• En el instante de 180° cuando las
terminales del devanado cambian de
polaridad eléctrica. En ese instante la
terminal roja cambia de eléctrica positiva
a eléctrica negativa, y la negra viceversa.

21. 12.2.6 Rectificación mecánica CA a CD-Conmutación.
• La conmutación mecánica de segmentos
con escobillas coincide exactamente con
el cambio eléctrico de la polaridad del
segmento.
• Es decir la escobilla inferior siempre es
positiva, y la escobilla superior siempre es
negativa.
• La carga externa, su lado derecho
siempre es positivo, porque tiene
conexión permanente con la escobilla
inferior.
• La onda senoidal de CA generada
internamente se ha rectificado “de onda
completa” en la carga externa

22. 12.2.7 Mejoramiento de la dínamo —más bobinas de
armadura
 Aquí vemos una segunda
armadura del rotor con un ángulo
de 90° respecto a la primera, el
conmutador se ha cortado en
cuatro segmentos y ya no solo
en dos
 Esto permitirá que una de las
bobinas energice la carga
durante la cercanía al máximo de
cada medio ciclo
 ninguna bobina alimenta a la
carga durante las partes del ciclo
con bajo voltaje

23. 12.2.7 Mejoramiento de la dínamo —más
bobinas de armadura
 Si es bueno tener una
segunda bobina ¿por qué
no una tercera y una
cuarta?
 Eso es exactamente lo que
hacen los fabricantes de
dínamos
 Las bobinas de armadura
no funcionan en forma
independiente Todas están
interconectadas en
arreglos en serie/ paralelo
Sólo con una inversión
adicional pequeña en la
fabricación de la máquina,
su capacidad se mejora en
forma dramática

24. 12.2.8 Uso de la dínamo como motor
ATRACCION
DE POLOS
El par 𝜏 no es
uniforme, pulsante

25. 12.2.8 Uso de la dínamo como motor
 ATRACCION DE POLOS:
Sucede cuando se hace pasar la corriente a través de la o las
bobinas del devanado de armadura, debida al voltaje de armadura
𝑉𝐴, la bobina de armadura produce su propio campo magnético,
independiente del campo magnético inicial producido por el
devanado de campo.
De esta manera un lado de la bobina de armadura se transforma en
norte magnético y el otro en sur magnético. El lado norte de la
armadura es atraído hacia el polo sur del campo; Esa atracción
entre fuerzas hace que el conjunto de armadura y rotor gire para
alinearse magnéticamente, para que el norte de la armadura quede
lo más cerca posible del sur del campo estacionario y viceversa.

26. 12.2.9 Relación de Lorentz
 La fuerza mecánica sobre un conductor con corriente dentro de un campo
magnético es
𝑭 = 𝒊𝑳𝜷
 También la relación de Lorentz especifica la dirección de la fuerza mecánica,
conocidas las direcciones de la corriente y del flujo, usando la regla de la mano
derecha.

27. 12.2.9 Relación de Lorentz
 Viendo con cuidado la relación de Lorentz entre los conductores portadores
corriente y el flujo magnético quedaremos satisfechos, ya que las fuerzas
mecánicas siempre producen un par en el sentido de las manecillas del reloj.
Éste es el punto de vista más riguroso para explicar la acción de motor.

28. Funcionamiento del motor de
DC de rotor devanado
Héctor López
Fernando Herrera Torres
John Cruz
Wagner López
Pedro Yánez
Carlos Salazar

29. CÓMO AJUSTA LA ARMADURA LA CORRIENTE
QUE TOMA, EN FORMA AUTOMÁTICA

30. Secuencia de eventos
1. Aumento del par, disminución de la velocidad del
motor
2. Disminución de la velocidad, disminución de la
FCEM
3.Disminucion de Ec, aumento de IA
4. El motor se puede pasar, tiene sobretiro.
Se estabilizará con rapidez en un nuevo
conjunto de condiciones de operación.

31. Fuerza Contraelectromotriz (FCEM)
La FCEM es generada por el devanado de armadura del motor. Esta produce una caída
de voltaje mucho mayor que la generada por la resistencia.
Se origina según la ley de Faraday debido a que existe un campo magnético y las
bobinas de la armadura están girando.
𝐼𝐴 =
𝑉𝐴 − 𝐸𝐶
𝑅𝐴
𝑉𝐴 = 𝐼𝐴𝑅𝐴 + 𝐸𝐶
Ley de Ohm
Ley de Kirchhoff

32. La FCEM es afectada por:
 La densidad de flujo, B.
 La velocidad de giro del motor, S.
 Detalles estructurales del motor (KEC)
𝐸𝐶 = 𝑘𝐸𝐶 ∗ 𝐵 ∗ 𝑆

33. EJEMPLO 12-4
Un motor tiene una constante de proporcionalidad kEC = 0.087, para calcular EC. Sus caras
polares tienen Apolo = 0.006 metro cuadrado, por lo que kEC(2) =kEC/Apolo = 0.087/0.006
= 14.5.
Además, supongamos que el valor de IF de 1.5 A determinado en el ejemplo 12-1 produce
una densidad de flujo de 0.95 T (B = 0.95 T).
(a) Si el motor gira a 2480 r/min ¿qué cantidad de FCEM genera?
(b) Supongamos que la corriente de campo IF se reduce a 1.2 A mediante un reóstato en
serie. Si B y son proporcionales a IF, calcular sus nuevos valores.
(c) Con el motor funcionando a este nuevo valor de B, supongamos que su FCEM disminuye
a 195 V. Calcular la nueva velocidad del motor.
(d) Repetir el cálculo de la nueva velocidad usando la ecuación.
Pedro Yánez Merchán

34. Pedro Yánez Merchán

35. Pedro Yánez Merchán

36. 12.3.3 La relación entre 𝜏 e 𝐼𝐴.
• Si 𝐹 = 𝑙𝐼 × 𝐵, expresa el concepto que la fuerza mecánica creada por los conductores de
la armadura del motor es proporcional a su corriente I, y también proporcional a la
intensidad B del campo magnético.
• Una armadura real tiene varias bobinas interconectadas entre sí a través de numerosos
segmentos (“delgas”) de conmutación. Todas las bobinas funcionan en forma simultánea,
ayudándose entre sí en la producción general de par de giro.
John Jairo Cruz Aldaz

37.  Esto da como resultado un par más uniforme y menos pulsante, de magnitud
mucho mayor. Estas mejoras en el par son como las mejoras del generador que
se ilustran en la siguiente figura. Como 𝜏 depende de la fuerza F, y F es
proporcional a B y a I, cabe esperar que 𝜏 sea proporcional a B y a 𝐼𝐴.
John Jairo Cruz Aldaz

38. Para determinado motor con un diseño estructural específico se puede
escribir:
𝜏 = 𝑘𝜏𝐵𝐼𝐴
El factor de proporcionalidad 𝑘𝜏 depende de:
 El diámetro
 Longitud del rotor
 Cantidad de polos
 Cantidad total de conductores en el devanado de la armadura.
 El método específico de interconexión, en serie o paralelo, de las
bobinas de la armadura.
Como 𝑘𝜏 tiene el mismo valor numérico que 𝑘𝐸𝐶 . Esto sólo es válido
cuando S se mide en rad/s (no en r/min) y 𝜏 se expresa en N-m.
John Jairo Cruz Aldaz

39. 12-3-4 Relación del par de un motor con las
corrientes medibles IF e IA
 Partiendo de la ecuación de la FCEM:
𝐸𝑐 = 𝑘𝑒𝑐 𝐵𝑆 𝑉 (1)
 Solamente cuando 𝐼𝐹 < 𝐼𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 podemos asumir que:
𝐵 = 𝑘𝐵𝐼𝐹 𝑇 (2)
 Reemplazando nos queda la ecuación:
𝐸𝑐 = 𝑘𝑒𝑐 𝑘𝐵 𝐼𝐹𝑆 𝑉 (3)
 Como: 𝑘𝑒𝑐(3)= 𝑘𝑒𝑐 𝑘𝐵
 Como necesitamos que S este en (rad/s): 𝑘𝑇= 9,551 𝑘𝑒𝑐(3)
 Introduciendo la ecuación (3) en l a ecuación del par motor:
𝜏 = 𝑘𝑇 𝐵 𝐼𝐴
 Obtenemos:
.
Carlos David Salazar Martínez
𝜏 = 9,551 𝑘𝑒𝑐 3 𝐼𝐹 𝐼𝐴 𝑁𝑚

40. 12-3-5 Potencia mecánica
 La potencia mecánica se determina con el producto del par por la velocidad:
Donde:
𝑃𝑚𝑒𝑐: Potencia mecánica (W)
τ: 𝑃ar motor (Nm)
S: Velocidad de giro del motor (r/min) , pero se necesita que se encuentre en (rad/s)
 factores de conversión:
745.7 W = 1 hp (sistema inglés)
735.5 W = 1 CV (europeo)
Carlos David Salazar Martínez
𝑃𝑚𝑒𝑐 = 𝜏 𝑆 𝑊

41. 12.4 GRÁFICAS CARACTERÍSTICAS
S vs T IA vs T
VA=230 V
IF=1.5 A
Velocidad a plena carga
SFL=2370 r/min
Corriente continua
IA=12A
Pico de corriente de arranque IA=82
A
Pico de par de arranque TA=65
N.m
Par de plena carga
TFL=9.5 N.m
Erika Maila

42. Regulación de
velocidad
 Según la gráfica anterior S vs T,
determinar el porcentaje de
regulación de velocidad:
Medida de cambio relativo de velocidad
Demanda de par de carga varía desde
cero a un máximo TFL
SNL: Velocidad del motor sin carga
SFL: Velocidad del motor a plena carga
Laura Hurtado

43. Motor shunt, en paralelo o en
derivación
Características
1.- Motor cd Sreg=17% (motores de ca,
mejores que el 17%)
2.- Motores cd -> par de arranque
bueno, factor de aumento de 7.
𝜏 -> V. Independiente
S, IA -> V. Dependientes
Ronny Tapia

44. Configuración compuesta
• Devanado de campo de
serie nos da alta resistencia
RF y relativamente
pequeña corriente IF
• Devanado del campo en
derivación es a la inversa ,
conduce toda la corriente
de la armadura IA
Michelle Guerrero E.

45. INTERPOLOS
Hasta ahora, se ha supuesto que las
líneas de ɸ son perpendiculares a las
caras polares y se distribuyen
uniformemente en todos los puntos de
las caras polares como se ve en la
figura a continuación:
En la realidad el flujo no tiene ese
comportamiento ideal, ya que se distorsiona
(reacción de armadura). El flujo resultante de
la combinación del flujo principal horizontal y
el flujo vertical de la reacción de armadura
está doblado y distorsionado como se
muestra en la siguiente figura:
Distribución de flujo, con reacción de armadura
Relación espacial entre el flujo magnético y una
espiral de la armadura

46. Para combatir el problema de la
reacción de armadura, algunos motores
se fabrican con interpolos. Son polos
físicamente menores colocados entre los
polos principales, como indica la
siguiente figura:
Como se ve en la figura el sentido de
flujo en la reacción de armadura y en
el interpolo son opuestos entre sí, con
esto los interpolos anulan el efecto de
reacción de la armadura. La conexión
en los devanados de los interpolos se
realiza en serie con la armadura como
se ve en la siguiente figura
Con el flujo de reacción de armadura dirigido hacia abajo. el flujo de
reacción contrario del interpolo debe dirigirse hacia arriba
Esquema del devanado de interpolos.

47. Características de los motores de
cd configurados en serie
• El alambre para el devanado de esta
configuración debe ser mayor
• Puede acelerar e forma muy rápida y
proporcionar un par mayor de aceleración
• La regulación de velocidad de este tipo
de configuración es muy difícil

48. ARRANQUE, PARO Y REVERSA

49. ARRANQUE
Directo de línea
Campo de Derivación Campo en serie
Martínez P. Alex

50. Arranque con circuitos especiales de arranque
1. Circuitos que aumentan gradualmente el voltaje aplicado
Martínez P. Alex
• Uso de SCR
• D.D. Activo
• Reóstato en 0
• Energizar la armadura

51. Arranque con circuitos especiales de arranque
1. Circuitos con resistores limitadores de corriente
Martínez P. Alex
• RA2-2 inicialmente cerrado
• OL contacto detector termico
• Enclavamiento
• MS-2, MS-1 contacto servicio
ligero
• MS-3 contacto de retardo

52. Arranque con circuitos especiales de arranque
1. Circuitos con resistores limitadores de corriente
Martínez P. Alex

53. PARO
Hay cuatro formas de parar un motor:
 Desconectar la corriente y dejarlo que se pare solo.
 Desconectar la corriente y aplicar frenos de fricción mecánica.
 Frenado dinámico.
 Frenar con reversa o contramarcha.
Nathaly Amaguaña

54. Desconectar la corriente y dejarlo que se pare
solo
Se usa frenos de fricción y se implementa a veces para fines de seguridad.
Desconectar la corriente y aplicar frenos de fricción
mecánica.
Se debe considerar que si se desconecta la corriente, deben desconectarse al mismo
tiempo la armadura y el campo en derivación o primero debe desconectarse la
armadura y después el campo en derivación. No se puede invertir el orden.
Nathaly Amaguaña

55. Frenado dinámico
Cuando se quita el voltaje aplicado VA de las escobillas de la armadura, continúa
existiendo la FCEM, Ec, mientras el motor continúe girando. Si se conecta una carga
eléctrica resistiva a las escobillas de la armadura, se puede usar el dínamo como
generador, en forma temporal.
Nathaly Amaguaña

56. Frenado Regenerativo
En este método de frenado, el motor se pasa al modo de generador, pero
entonces la energía rotacional de la dínamo se regresa en realidad a la
fuente de cd, en lugar de disiparse en el aire ambiente, en la resistencia
Rfreno.
Nathaly Amaguaña

57. FRENADO CON REVERSA
CARACTERÍSTICAS:
Interruptor de velocidad cero, o
Interruptor de contramarcha
• Se debilita a medida que se desacelera el
rotor.
• En realidad el frenado con reversa aumenta
el par de frenado
• Debe abrir un interruptor centrífugo fijo al
eje del motor
DAVID OLAYA

58. REVERSA
CRISTHIAN LUJE

59. MOTOR EN DERIVACIÒN
INVERTIR
POLARIDAD
Devanado
Armadura
Devanado
Campo
Invertir
dirección de la
corriente
A través del
devanado
CRISTHIAN LUJE

60. OPOSICIÒN DE FLUJOS
FLUJO OPUESTO
AL FLUJO
PRINCIPAL
Invertir
corriente
devanado del
interpolo
CRISTHIAN LUJE

61. ENERGETIZACIÒN
CRISTHIAN LUJE

62. BAJO
VOLTAJE
Energiza Bobina
Desenergización
CRISTHIAN LUJE