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PRINCIPIOS DE
MÁQUINAS
- MÁQUINAS ELÉCTRICAS -
Luis Miguel GARCÍA GARCÍA-ROLDÁN
Dpto. de Tecnología
IES CAP DE LLEVANT - MAÓ
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II – 2º BACHILLERATO
Maó - 2009
2
Contenido
 Principios generales de funcionamiento de las máquinas eléctricas.
 Reconocimiento de la utilidad de las máquinas eléctricas en la
solución de problemas de la vida diaria.
 Máquinas de corriente continua. Diferentes tipos. Descripción de cada
una de las partes.
 Máquinas de corriente alterna monofásica y trifásica. Descripción de
cada una de las partes.
 Análisis del funcionamiento y aplicaciones de los motores eléctricos.
 Análisis del encendido del motores monofásicos.
 Comparación entre los motores monofásicos y trifásicos.
 Diferencias entre motores sincrónicos y asincrònicos.
 Asociar el tipo de motor a utilizar según la necesidad de potencia, par
de arranque, velocidad, etc., que se tiene que cubrir.
 Valoración del avance tecnológico y el cambio social que supuso la
fabricación y utilización de las máquinas eléctricas.
 Seguimiento de las normes de seguridad en el manejo de máquinas
eléctricas.
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
3
Máquina eléctrica
 MÁQUINA ELÉCTRICA es cualquier
dispositivo capaz de generar,
transformar o aprovechar la energía
eléctrica
Generan energía eléctrica a partir de energía
mecánica
Transforman la corriente eléctrica variando
alguna de sus características (I, V)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES
GENERADORES
TRANSFORMADORES
C. CONTINUA C. ALTERNA
MOTORES Aprovechan la energía eléctrica para
transformarla en energía mecánica
MOTORES UNIVERSALES
4
Máquina eléctrica: tipos
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
Generadores Motores Transformadores
MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
 DE CORRIENTE CONTINUA
 DE CORRIENTE ALTERNA: monofásicos
o trifásicos.
 UNIVERSALES
 DINAMOS: generan corriente
continua
 ALTERNADORES: generan
corriente alterna
 MONOFÁSICOS
 TRIFÁSICOS
MOTORES UNIVERSALES
5
CAMPO MAGNÉTICO Y FLUJO MAGNÉTICO
 En un imán, el CAMPO MAGNÉTICO es el espacio que le rodea en
el que son apreciables los efectos magnéticos originados por
éste.
 Se representa mediante líneas de campo que son cerradas y
van de norte a sur. Su recorrido se denomina circuito
magnético.
 El FLUJO MAGNÉTICO (Φ) es el número de líneas de fuerza
existentes en el circuito magnético. Se mide en weber (Wb).
5
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
6
DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO
 Cada punto de un campo magnético queda caracterizado por
una magnitud vectorial llamada inducción o densidad de flujo
magnético (B) que es la cantidad de líneas de fuerza que
atraviesa la unidad de superficie en dicho punto. Su dirección
en cada punto es tangente a las líneas de campo. Se mide en
Tesla (T).
tesla]
m
Wb
[B
S
Φ
B 2



cosθ
BS
Φ 
 Cuando el campo es constante
6
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
7
Campo magnético creado por un
elemento conductor
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 H. C. OERSTED demostró en 1820 a partir de
las experiencias de Biot y Savart que al
hacer circular corriente eléctrica por un
conductor rectilíneo, se genera un campo
magnético perpendicular al conductor y con
sentido dado por la regla de Maxwell, de la
mano derecha o del sacacorchos.
MOTORES UNIVERSALES
8
Campo magnético creado por
una espira
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 El campo magnético producido por una espira por la que
circula corriente eléctrica es perpendicular a la espira y con
sentido dado por la regla de Maxwell, de la mano derecha o
del sacacorchos.
MOTORES UNIVERSALES
9
Campo magnético creado por un
solenoide (I)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 El campo magnético en el interior de un solenoide por la
que circula corriente eléctrica es perpendicular a éste y con
sentido dado por la regla de Maxwell, de la mano derecha o
del sacacorchos. Este proceso es reversible.
 
tesla
T
l
I
N
μ
B 

Donde
 μ es la permeabilidad del
medio (Tm/A o Wb/Am)
 N es el número de espiras
 I es la intensidad de la
corriente (A)
 l es la longitud del solenoide
(m)
MOTORES UNIVERSALES
10
Campo magnético creado por un
solenoide (II)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 El campo magnético en el interior de un solenoide
MOTORES UNIVERSALES
CAMPO MAGNÉTICO EN UN SOLENOIDE
11
Campo magnético creado por un
solenoide (III)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
 Se dispone de un solenoide 10cm de longitud, formado por 50
espiras devanadas una al lado de la otra sobre un núcleo de
hierro, por donde circula una corriente de 5A. Calcula el valor del
campo magnético en el centro del solenoide. (permitividad
relativa del hierro μFe=1.52πx10-4 Wb/Am)
T
1.19
0.1m
50·5A
Am
Wb
10
·
π
1.52
l
NI
μ
B 4
-



___EJERCICIO___
Inducción electromagnética
 Michael FARADAY y Joseph HENRY
demostraron independientemente y
casi al mismo tiempo en 1831 la
existencia de corrientes eléctricas
inducidas como consecuencia de la
variación de un campo magnético.
 Al mover el imán se produce una
variación del campo magnético en
el interior del solenoide que genera
una corriente en éste. Si el imán
está parado no habrá corriente, y la
dirección de ésta dependerá de la
polaridad del imán.
12
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
Ley de Faraday y Fuerza
Electromotriz (I)
 La corriente que aparece se
denomina corriente inducida y es
producida por una fuerza
electromotriz inducida.
 La fuerza electromotriz inducida es igual y de signo opuesto a la
rapidez con la que varía el flujo magnético que atraviesa el circuito.
Δt
ΔΦ
ε 
 V
C
J
s
Nm/A
s
Wb



13
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
14
Ley de Faraday y Fuerza
Electromotriz (II)
 Por tanto, la FEM inducida que genera las corrientes inducidas se
produce al variar el flujo magnético que recorre el circuito; y eso se
puede hacer de dos maneras:
 Variando el campo magnético
 Variando la disposición del circuito (que el circuito corte más o
menos líneas)
 Se obtiene energía eléctrica como consecuencia del movimiento
del imán con respecto a la bobina o de la bobina con respecto al
imán
14
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
15
FEM inducida en una espira por un
movimiento de rotación
 En el caso de una espira con un movimiento de rotación con
una velocidad cte ω en el interior de un campo magnético
uniforme B, podemos aplicar la ley de Faraday sabiendo que
la variación de flujo será debida a la variación de la superficie
de la espira que el campo atraviesa.
t
cos
SB
cos
SB
Φ 
 

t
sen
ωSB
Δt
ΔΦ



t
sen
ωSB
ε 

Derivando para calcular la
variación del flujo en el
tiempo,
De donde la FEM inducida será
FEM EN UNA ESPIRA QUE GIRA
15
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
16
FEM inducida en una bobina por un
movimiento de rotación. Principio de
funcionamiento del Generador Eléctrico
 Cuando hacemos
girar una bobina de
N espiras con una
velocidad angular w
en presencia de un
campo magnético B,
tenemos una FEM
inducida:
t
sen
B
N
ε 
S

B
N
εmax S


t
sen
ε max 


CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
GENERADOR
ELÉCTRICO
17
Fuerzas electromagnéticas (I)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 Un conductor por el que circula corriente eléctrica genera
un campo magnético. Si introducimos este conductor en
otro campo magnético se producirá una influencia entre
los campos y aparecerá una fuerza sobre el conductor que
lo desplazará.
MOTORES UNIVERSALES
18
Fuerzas electromagnéticas (II)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
FUERZA SOBRE UN CONDUCTOR
 
B
x
L
I
F




senα
B
L
I
F 

 Pierre S LAPLACE en su primera ley dice que cuando
se introduce un conductor de longitud L por el que
circula una corriente eléctrica I en el interior de un
campo magnético de inducción magnética B, éste
ejerce una fuerza F sobre el conductor
MOTORES UNIVERSALES
19
Fuerzas electromagnéticas (III)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 
B
Λ
L
I
F




1.5N
sen30º
1.2T
0.5m
5A
senα
B
L
I
F 






 Calcula la fuerza que se ejerce sobre un
conductor de 50cm de longitud que está
recorrido por una corriente eléctrica de 5A,
cuando se sitúa en el interior de un campo
magnético de 1.2T de inducción siguiendo una
dirección que forma un ángulo de 30º con las
líneas de fuerza de éste.
___EJERCICIO___
MOTORES UNIVERSALES
20
Fuerzas electromagnéticas (IV)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 
B
Λ
L
I
F




0.5N
sen90º
1T
0.1m
5A
senα
B
L
I
F 






 Calcula la fuerza que ejerce sobre un campo magnético de 1T sobre un
conductor de 10cm de longitud que está recorrido por una corriente
eléctrica de 5A que está situado perpendicularmente al campo
___EJERCICIO___
MOTORES UNIVERSALES
21
Fuerzas electromagnéticas (V)
 Aplicaciones directas son el timbre de una vivienda o los
altavoces:
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
22
Fuerzas electromagnéticas (VI)
B
L
I
F 
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
FUERZA SOBRE UNA ESPIRA QUE PUEDA GIRAR
 Cuando se introduce una espira de
longitud L por la que circula una
corriente eléctrica I y que puede girar
sobre sí misma en el interior de un
campo magnético de inducción
magnética B, éste ejerce un par de
fuerzas F sobre ella que la hacen girar
sobre su eje.
En los conductores paralelos al campo magnético
aparecen dos fuerzas que se oponen. En los
conductores perpendiculares aparece el par de
fuerzas.
MOTORES UNIVERSALES
23
Fuerzas electromagnéticas (VII)
   
B
Λ
S
I
d
Λ
B
Λ
L
I
d
Λ
F
M











 
B
Λ
S
I
N
M




CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
MOMENTO SOBRE UNA ESPIRA QUE PUEDA GIRAR
 El momento de este par será

sen
B
S
I
M 

 El momento para una bobina con N espiras será
MOTORES UNIVERSALES
24
Motores de corriente continua: Elementos
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 El estator es la parte fija y genera el campo
magnético. Para ello dispone de una serie de
bobinas inductoras situadas alrededor de los
polos del electroimán, sujetos a la carcasa.
 El rotor es la parte móvil. Consta de un conjunto
de bobinas inducidas enrolladas sobre las
ranuras de un núcleo de hierro llamado inducido
el extremo de las cuales se sueldan mediante
láminas de cobre llamadas delgas. El conjunto
de delgas forma el colector. El rotor se monta
sobre un eje para poder girar.
 Las escobillas van montadas sobre los porta
escobillas y están en contacto con el colector
para proporcionar la corriente a las bobinas
inducidas.
MOTOR CC FABRICAMOS UN MOTOR CC PARTES MOTOR CC
MOTORES UNIVERSALES
25
Motores de corriente continua: Funcionamiento
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
Al conectar un motor a una fuente de
alimentación, la corriente circula por las
bobinas inductoras generando un
electroimán. La misma corriente circula por
las bobinas inducidas a través de las
escobillas y del colector.
En este momento aparece un par de fuerzas
sobre las bobinas inducidas obligándolas a
girar sobre su eje. Darán media vuelta.
FUNCIONAMIENTO
En sentido horizontal, por la espira no habrá corriente pero ésta seguirá girando por
inercia.
A continuación, el colector invertirá el sentido de la corriente y por tanto volverán a
quedar polos magnéticos opuestos en rotor y estator, con lo que el par de fuerzas
tendrá el mismo sentido y se acabará de realizar el giro.
MOTORES UNIVERSALES
26
Motores de corriente continua: Tipos (I)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 MOTOR SERIE: En él el inducido y el devanado inductor van
conectados en serie. Si se desconecta de los bornes de salida
del motor, quedara interrumpido el circuito de excitación y por
lo tanto no se producirá en el inducido tensión alguna.
Al representar las curvas de régimen de giro (rpm), potencia eléctrica absorbida (KW), par motor
(Kgm) y rendimiento (%) en función de la intensidad adsorbida (A), deducimos que cuando ésta
se reduce mucho el motor se acelera peligrosamente: en vacío I=0 la velocidad será demasiado
elevada => inestabilidad; por tanto estos motores no pueden funcionar en vacío.
Además, pueden desarrollar un par motor alto a bajas velocidades al revés para velocidades
altas. Por lo que tienen un par de arranque elevado. Por este motivo estos motores se usan para
vehículos de tracción eléctrica como tranvías, locomotoras, etc
MOTORES UNIVERSALES
27
Motores de corriente continua: Tipos (II)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 MOTOR SHUNT (paralelo): Su bobinado inductor principal está
conectado en paralelo con el bobinado inducido. De esta
forma, de toda la corriente absorbida por el motor solo una
parte circula por cada bobinado.
Del análisis de las curvas de respuesta podemos deducir que en el arranque (bajas velocidades)
el par motor es menor que en el caso anterior. Además para pequeñas intensidades la velocidad
se mantiene pudiendo trabajar en vacío. Por este motivo estos motores se usan cuando
necesitamos velocidades constantes independientemente de la carga aun no ofreciendo par
motor elevado, por ejemplo para máquinas herramienta.
MOTORES UNIVERSALES
28
Motores de corriente continua: Tipos (III)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 MOTOR COMPOUND (conexión compuesta): Es una
combinación de motor serie y paralelo. Las bobinas inductoras
quedan divididas en dos partes: una en serie con las
inducidas (EF) y una (CD) en paralelo con éstas. De esta
manera, temenos mucha I en el inductor para tener muy buen
par y poca I en el inducido para tener estabilidad en el régimen
de giro.
Esta configuración confiere al motor las características de los
motores serie y paralelo: un par motor mayor que el shunt pero
menor que el serie y un régimen de giro mayor que el del motor
shunt y que también se mantiene invariante, pudiendo trabajar
en vacío.
Por este motivo estos motores se usan cuando se requiere un
par de arranque alto y velocidades constantes, por ejemplo
para máquinas herramienta como compresores y laminadoras y
tracción eléctrica.
MOTORES UNIVERSALES
29
Motores de corriente continua: Tipos (IV)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
Esta es una comparación
de las velocidades de los
diferentes tipos de
motores en función del
par del motor
MOTORES UNIVERSALES
30
Motores de corriente continua: Intensidad
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 INTENSIDAD NOMINAL (In) de un motor es la que absorbe el motor una
vez arrancado y funcionando en condiciones normales.
 INTENSIDAD DE ARRANQUE (Ie) de un motor es la que consume el
motor en el momento del arranque. No debe sobrepasar un cierto valor
respecto de la intensidad nominal que dependerá de la potencia del
motor.
MOTORES UNIVERSALES
31
Motores de corriente continua: Par Motor
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 PAR NOMINAL (Γn) de un motor es el que tiene el motor una vez
arrancado y funcionando en condiciones normales.
 PAR DE ARRANQUE (Γ e) tiene que ser mayor que el nominal para
vencer la resistencia del motor al arranque y para llegar a la velocidad
nominal de éste; es decir, para vencer el momento de inercia del motor.
MOTORES UNIVERSALES
32
Motores de corriente continua: velocidad
y sentido de giro (I)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 VELOCIDAD DE GIRO de un motor es la que tiene el motor una vez
arrancado y funcionando en condiciones normales. Se puede variar al
variar la tensión aplicada al motor, con lo que su regulación es
relativamente sencilla.
La estabilidad de funcionamiento de un motor se consigue si:
 Al aumentar la velocidad el motor responde con una reducción del par
motor que establece el equilibrio. De lo contrario, el motor se acelerará.
 Al disminuir la velocidad el motor responde con un aumento del par
motor que establece el equilibrio. De lo contrario, el motor perderá fuerza
y se parará.
 SENTIDO DE GIRO lo de la regla de la mano izquierda y se puede
cambiar variando el sentido de la corriente en el inducido o en el
inductor (nunca las dos a la vez!!)
MOTORES UNIVERSALES
33
Motores de corriente continua: velocidad
y sentido de giro (II)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 Realiza el circuito equivalente para cada uno de los tipos de motores
de cc indicando el esquema de conexionado. Realiza el mismo
ejercicio para poder realizar un cambio de sentido de giro.
___EJERCICIO___
SERIE
MOTORES UNIVERSALES
34
Motores de corriente continua: velocidad
y sentido de giro (III)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
SHUNT
MOTORES UNIVERSALES
35
Motores de corriente continua: velocidad
y sentido de giro (IV)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
COMPOUND
MOTORES UNIVERSALES
36
Motores de corriente alterna: clasificación
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
Son los más utilizados. Según el principio de
funcionamiento se clasifican en :
 Síncronos: Las bobinas inducidas se
alimentan mediante corriente continua
generando un campo magnético fijo que
tratará de alinearse con el campo giratorio
generado en las bobinas inductoras,
haciendo girar al rotor. Se caracterizan
porque su rotor gira a la velocidad de
sincronismo que es cte.
 Asíncronos: Se fundamentan en la acción
que ejerce un campo magnético giratorio
en el estator sobre las corrientes
inducidas en el rotor, por eso también se
llaman motores de inducción. Se
caracterizan porque su rotor gira a una
velocidad inferior a la de sincronismo.
Según el número de fases que se enrollan en el estator pueden ser trifásicos
o monofásicos
MOTORES UNIVERSALES
37
Motores ac síncronos trifásicos: elementos
 El estátor es la parte fija y está
formado por la carcasa, que presenta
una corona de chapas ranuradas de
acero en la que se introducen 3
bobinas inductoras, los extremos de
las cuales están conectadas a la
placa de bornes para la conexión del
motor.
 El rotor es la parte móvil y está
situado en el interior. Consta de unas
bobinas, que se alimentarán en
continua a través de los anillos de
rozamiento, conectados por unas
escobillas.
La constitución de este tipo de motores es muy sencillo y tiene
menos componentes que un motor de continua
38
Motores ac síncronos trifásicos:
funcionamiento
El principio de funcionamiento es el mismo que el de los motores de
continua, pero existen algunas diferencias:
 La corriente alterna trifásica que alimenta el motor circula
únicamente por las 3 bobinas inductoras del estator que, al estar
formando ángulos de 120º, generan un campo magnético giratorio
Bs.
 Las bobinas que forman el rotor se alimentan en continua,
generando un campo magnético constante en módulo y dirección
 Este campo B tratará de alinearse con el campo creado por las
bobinas inductoras que, al ser giratorio, hacen que el rotor gire a la
velocidad de sincronismo
r
NI
2
μ
B 
]
[
p
f
60
n rpm

 Generando un par:
[Nm]
B
l
I
r
2
F·2r
τ s
e


39
Motores ac asíncronos trifásicos: elementos (I)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES
 El estator es la parte fija y está formado por la
carcasa, que presenta una corona de chapas
ranuradas de acero en la que se introducen 3
bobinas inductoras, los extremos de las cuales
están conectadas a la placa de bornes para la
conexión del motor.
 El rotor es la parte móvil y está situado en el
interior. En el motor de jaula de ardilla, se
compone de una serie de conductores metálicos
acoplados en dos coronas metálicas (su aspecto
es el de una jaula).
La constitución de este tipo de motores es muy
sencillo y tiene menos componentes que un
motor de continua
C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
40
Motores ac asíncronos trifásicos: elementos (II)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
41
Motores ac asíncronos trifásicos: elementos (III)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES
MOTOR AC
C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
42
Motores ac asíncronos trifásicos: funcionamiento
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES
FUNCIONAMIENTO 2: GIRO DEL ROTOR
C. CONTINUA C. ALTERNA
El principio de funcionamiento es el mismo que el de los motores de continua, pero
existen algunas diferencias:
 La corriente alterna trifásica que alimenta el motor circula únicamente por las
3 bobinas inductoras del estator que, al estar formando ángulos de 120º,
generan un campo magnético giratorio.
 En los conductores que forman el rotor se inducen unas corrientes como
consecuencia del campo magnético giratorio. No se conecta el rotor a la
corriente de alimentación del motor.
 En consecuencia, se generan unas fuerzas sobre los conductores que forman
el rotor que lo obligan a girar.
FUNCIONAMIENTO 1: CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO
MOTORES UNIVERSALES
43
Motores ac asíncronos trifásicos:
velocidad de giro
p
f
60
n1 
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 VELOCIDAD DE GIRO DEL CAMPO MAGNÉTICO (n1) viene dada por la
expresión:
 VELOCIDAD DE GIRO DEL MOTOR (n2) tiene que ser menor que n1, de lo
contrario no se inducirían corrientes en el rotor y éste no giraría. Por
esto se llaman motores asíncronos.
donde:
 n1 es la velocidad de giro del campo
magnético (rpm)
 f es la frecuencia de la corriente alterna (Hz)
 p es el número de pares de polos del motor
MOTORES UNIVERSALES
44
Motores ac asíncronos trifásicos:
rozamiento
100
n
n
n
d
1
2
1 

CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 ROZAMIENTO ABSOLUTO (D) es la diferencia entre las dos velocidades
de giro.
 ROZAMIENTO RELATIVO (d) es el cociente entre el rozamiento absoluto
y la velocidad de giro del campo magnético.
2
1 n
n
D 

MOTORES UNIVERSALES
45
 Calcula la velocidad de giro del campo magnético de un motor
asíncrono de 6 polos conectado a una red de corriente alterna de
50Hz de frecuencia. Calcula, también, la velocidad de giro del rotor si
el motor trabaja con un rozamiento relativo del 4%.
Motores ac asíncronos trifásicos:
velocidad y rozamiento
rpm
1000
3
50
60
p
60f
n1 



___EJERCICIO___
rpm
960
100
4
1
1000
100
d
1
n
n
100
n
n
n
d 1
2
1
2
1




















CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
46
Motores ac asíncronos trifásicos: curvas
de funcionamiento
Del análisis de las curvas de Intensidad
absorbida y el par motor en función de la
velocidad de giro (en relación a sus
valores nominales) podemos deducir tres
momentos diferentes:
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 Durante el arranque la velocidad de
giro es prácticamente cero. La
intensidad absorbida es 6 veces la
nominal y el par motor 1.5 veces el
nominal.
 Durante la aceleración la intensidad va reduciendo y el par motor, aunque reduce al
principio, luego llega a su valor máximo, cuando la velocidad de giro es el 75% de la
nominal.
 Durante el funcionamiento nominal la intensidad es la nominal y tanto el par como
la intensidad absorbida se aproximan a cero.
MOTORES UNIVERSALES
47
Motores ac asíncronos trifásicos: modos
de arranque
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 Arranque Directo: las bobinas inductoras del estator
se conectan directamente a la red eléctrica.
 El par de arranque es mayor.
 La intensidad absorbida provoca distorsiones en la
red y problemas a los usuarios.
 Arranque Indirecto: se intercala entre la red y las bobinas inductoras algún
elemento que disminuya la intensidad de arranque como resistencias o
autotransformadores; una vez se ha arrancado el motor, se quitan estos
elementos.
 El par de arranque es menor.
 No hay distorsiones en la red
MOTORES UNIVERSALES
48
Motores ac asíncronos trifásicos:
características
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 Sencillos, baratos, de fácil mantenimiento y baratos.
 Pueden arrancar a plena carga por tener un par de arranque elevado.
 Tienen un par nominal mayor que el de arranque.
 En el arranque absorben una intensidad elevada (6 veces la nominal).
Para evitarlo se arrancan de modo indirecto.
 Tienen un buen rendimiento.
 Se utilizan en instalaciones
industriales en las que se
requiera gran potencia.
MOTORES UNIVERSALES
49
Motores ac asíncronos monofásicos: elementos y
funcionamiento
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES
 El estator está formado por bobinas
inductoras (normalmente una).
 El rotor es de jaula de ardilla.
Son los motores que normalmente accionan
electrodomésticos y máquinas herramienta
de baja potencia, ya que en las viviendas no
disponemos de corriente trifásica. Los
elementos que los formas son prácticamente
los mismos que los motores trifásicos
C. CONTINUA C. ALTERNA
El principio de funcionamiento es el mismo
que el de los motores asíncronos trifásicos
cuando funcionan en su etapa nominal; pero
a diferencia de éstos, necesitan de algún
elemento adicional que los arranque: bobina
auxiliar o espira en cortocircuito.
MOTORES UNIVERSALES
50
Motores ac asíncronos monofásicos:
arranque (I)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
FUNCIONAMIENTO: ARRANQUE CON DEVANADO AUXILIAR
 ARRANQUE CON BOBINA AUXILIAR: En el estator hay una bobina inductora
principal de trabajo y una bobina auxiliar de arranque, que se desconectará una vez
el motor ha conseguido su velocidad nominal.
 En el arranque se comportan como motores bifásicos
 Estos motores son de escasa potencia y se usan en pequeños
electrodomésticos.
 Un condensador en serie con la bobina de arranque permite un par de
arranque más elevado y mayores potencias (entre 0.12 y 7.5 KW). Estos
motores se usan en aparatos industriales como compresores y bombas.
MOTORES UNIVERSALES
51
Motores ac asíncronos monofásicos:
arranque (II)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 ARRANQUE CON BOBINA AUXILIAR:
MOTORES UNIVERSALES
52
Motores ac asíncronos monofásicos:
arranque (III)
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA
 ARRANQUE CON ESPIRA EN CORTOCIRCUITO: El estator
de estos motores posee unos polos salientes similares a
los de los motores de continua; cada polo tiene enrollada
la bobina inductora más una espira en cortocircuito. Las
corrientes que se inducen en la espira arrancan el motor.
 Estos motores son de baja potencia y pequeño par de
arranque
 Se usan en pequeños electrodomésticos que trabajen
con carga reducida como ventiladores, secadores de
pelo, etc.
MOTORES UNIVERSALES
53
Motores Universales
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
 Pueden alimentarse con corriente
continua y alterna monofásica
indistintamente. Su constitución
es la de un motor de continua
serie.
 Tiene un elevado par de arranque pero puede trabajar en vacío sin desestabilizarse,
como ocurre con los motores serie. Puede trabajar a plena carga.
 Alcanza mayores velocidades que los motores serie. Su velocidad de giro se
adapta a la carga, disminuyendo al aumentar ésta.
 Se pueden construir para cualquier velocidad de giro. Además, se puede regular la
velocidad mediante potenciómetros o resistencias variables (PTC’s, NTC’s, LDR’s,
VDR’s,…) puestas en serie con el inducido.
 Estos motores son muy utilizados para máquinas herramienta como taladros y
sierras y para electrodomésticos de potencias medias (700w) como batidoras,
aspiradoras, etc.
54
Motores Universales con imán permanente
CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
 En lugar de una bobina inductora, el motor tiene un imán permanente encargado de
crear el campo necesario.
 Estos motores son muy utilizados en el sector del juguete

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Máquinas eléctricas

  • 1. PRINCIPIOS DE MÁQUINAS - MÁQUINAS ELÉCTRICAS - Luis Miguel GARCÍA GARCÍA-ROLDÁN Dpto. de Tecnología IES CAP DE LLEVANT - MAÓ TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II – 2º BACHILLERATO Maó - 2009
  • 2. 2 Contenido  Principios generales de funcionamiento de las máquinas eléctricas.  Reconocimiento de la utilidad de las máquinas eléctricas en la solución de problemas de la vida diaria.  Máquinas de corriente continua. Diferentes tipos. Descripción de cada una de las partes.  Máquinas de corriente alterna monofásica y trifásica. Descripción de cada una de las partes.  Análisis del funcionamiento y aplicaciones de los motores eléctricos.  Análisis del encendido del motores monofásicos.  Comparación entre los motores monofásicos y trifásicos.  Diferencias entre motores sincrónicos y asincrònicos.  Asociar el tipo de motor a utilizar según la necesidad de potencia, par de arranque, velocidad, etc., que se tiene que cubrir.  Valoración del avance tecnológico y el cambio social que supuso la fabricación y utilización de las máquinas eléctricas.  Seguimiento de las normes de seguridad en el manejo de máquinas eléctricas. CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 3. 3 Máquina eléctrica  MÁQUINA ELÉCTRICA es cualquier dispositivo capaz de generar, transformar o aprovechar la energía eléctrica Generan energía eléctrica a partir de energía mecánica Transforman la corriente eléctrica variando alguna de sus características (I, V) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES GENERADORES TRANSFORMADORES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES Aprovechan la energía eléctrica para transformarla en energía mecánica MOTORES UNIVERSALES
  • 4. 4 Máquina eléctrica: tipos CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA Generadores Motores Transformadores MÁQUINAS ELÉCTRICAS  DE CORRIENTE CONTINUA  DE CORRIENTE ALTERNA: monofásicos o trifásicos.  UNIVERSALES  DINAMOS: generan corriente continua  ALTERNADORES: generan corriente alterna  MONOFÁSICOS  TRIFÁSICOS MOTORES UNIVERSALES
  • 5. 5 CAMPO MAGNÉTICO Y FLUJO MAGNÉTICO  En un imán, el CAMPO MAGNÉTICO es el espacio que le rodea en el que son apreciables los efectos magnéticos originados por éste.  Se representa mediante líneas de campo que son cerradas y van de norte a sur. Su recorrido se denomina circuito magnético.  El FLUJO MAGNÉTICO (Φ) es el número de líneas de fuerza existentes en el circuito magnético. Se mide en weber (Wb). 5 CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 6. 6 DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO  Cada punto de un campo magnético queda caracterizado por una magnitud vectorial llamada inducción o densidad de flujo magnético (B) que es la cantidad de líneas de fuerza que atraviesa la unidad de superficie en dicho punto. Su dirección en cada punto es tangente a las líneas de campo. Se mide en Tesla (T). tesla] m Wb [B S Φ B 2    cosθ BS Φ   Cuando el campo es constante 6 CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 7. 7 Campo magnético creado por un elemento conductor CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  H. C. OERSTED demostró en 1820 a partir de las experiencias de Biot y Savart que al hacer circular corriente eléctrica por un conductor rectilíneo, se genera un campo magnético perpendicular al conductor y con sentido dado por la regla de Maxwell, de la mano derecha o del sacacorchos. MOTORES UNIVERSALES
  • 8. 8 Campo magnético creado por una espira CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  El campo magnético producido por una espira por la que circula corriente eléctrica es perpendicular a la espira y con sentido dado por la regla de Maxwell, de la mano derecha o del sacacorchos. MOTORES UNIVERSALES
  • 9. 9 Campo magnético creado por un solenoide (I) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  El campo magnético en el interior de un solenoide por la que circula corriente eléctrica es perpendicular a éste y con sentido dado por la regla de Maxwell, de la mano derecha o del sacacorchos. Este proceso es reversible.   tesla T l I N μ B   Donde  μ es la permeabilidad del medio (Tm/A o Wb/Am)  N es el número de espiras  I es la intensidad de la corriente (A)  l es la longitud del solenoide (m) MOTORES UNIVERSALES
  • 10. 10 Campo magnético creado por un solenoide (II) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  El campo magnético en el interior de un solenoide MOTORES UNIVERSALES CAMPO MAGNÉTICO EN UN SOLENOIDE
  • 11. 11 Campo magnético creado por un solenoide (III) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES  Se dispone de un solenoide 10cm de longitud, formado por 50 espiras devanadas una al lado de la otra sobre un núcleo de hierro, por donde circula una corriente de 5A. Calcula el valor del campo magnético en el centro del solenoide. (permitividad relativa del hierro μFe=1.52πx10-4 Wb/Am) T 1.19 0.1m 50·5A Am Wb 10 · π 1.52 l NI μ B 4 -    ___EJERCICIO___
  • 12. Inducción electromagnética  Michael FARADAY y Joseph HENRY demostraron independientemente y casi al mismo tiempo en 1831 la existencia de corrientes eléctricas inducidas como consecuencia de la variación de un campo magnético.  Al mover el imán se produce una variación del campo magnético en el interior del solenoide que genera una corriente en éste. Si el imán está parado no habrá corriente, y la dirección de ésta dependerá de la polaridad del imán. 12 CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 13. Ley de Faraday y Fuerza Electromotriz (I)  La corriente que aparece se denomina corriente inducida y es producida por una fuerza electromotriz inducida.  La fuerza electromotriz inducida es igual y de signo opuesto a la rapidez con la que varía el flujo magnético que atraviesa el circuito. Δt ΔΦ ε   V C J s Nm/A s Wb    13 CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 14. 14 Ley de Faraday y Fuerza Electromotriz (II)  Por tanto, la FEM inducida que genera las corrientes inducidas se produce al variar el flujo magnético que recorre el circuito; y eso se puede hacer de dos maneras:  Variando el campo magnético  Variando la disposición del circuito (que el circuito corte más o menos líneas)  Se obtiene energía eléctrica como consecuencia del movimiento del imán con respecto a la bobina o de la bobina con respecto al imán 14 CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 15. 15 FEM inducida en una espira por un movimiento de rotación  En el caso de una espira con un movimiento de rotación con una velocidad cte ω en el interior de un campo magnético uniforme B, podemos aplicar la ley de Faraday sabiendo que la variación de flujo será debida a la variación de la superficie de la espira que el campo atraviesa. t cos SB cos SB Φ     t sen ωSB Δt ΔΦ    t sen ωSB ε   Derivando para calcular la variación del flujo en el tiempo, De donde la FEM inducida será FEM EN UNA ESPIRA QUE GIRA 15 CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 16. 16 FEM inducida en una bobina por un movimiento de rotación. Principio de funcionamiento del Generador Eléctrico  Cuando hacemos girar una bobina de N espiras con una velocidad angular w en presencia de un campo magnético B, tenemos una FEM inducida: t sen B N ε  S  B N εmax S   t sen ε max    CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES GENERADOR ELÉCTRICO
  • 17. 17 Fuerzas electromagnéticas (I) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  Un conductor por el que circula corriente eléctrica genera un campo magnético. Si introducimos este conductor en otro campo magnético se producirá una influencia entre los campos y aparecerá una fuerza sobre el conductor que lo desplazará. MOTORES UNIVERSALES
  • 18. 18 Fuerzas electromagnéticas (II) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA FUERZA SOBRE UN CONDUCTOR   B x L I F     senα B L I F    Pierre S LAPLACE en su primera ley dice que cuando se introduce un conductor de longitud L por el que circula una corriente eléctrica I en el interior de un campo magnético de inducción magnética B, éste ejerce una fuerza F sobre el conductor MOTORES UNIVERSALES
  • 19. 19 Fuerzas electromagnéticas (III) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA   B Λ L I F     1.5N sen30º 1.2T 0.5m 5A senα B L I F         Calcula la fuerza que se ejerce sobre un conductor de 50cm de longitud que está recorrido por una corriente eléctrica de 5A, cuando se sitúa en el interior de un campo magnético de 1.2T de inducción siguiendo una dirección que forma un ángulo de 30º con las líneas de fuerza de éste. ___EJERCICIO___ MOTORES UNIVERSALES
  • 20. 20 Fuerzas electromagnéticas (IV) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA   B Λ L I F     0.5N sen90º 1T 0.1m 5A senα B L I F         Calcula la fuerza que ejerce sobre un campo magnético de 1T sobre un conductor de 10cm de longitud que está recorrido por una corriente eléctrica de 5A que está situado perpendicularmente al campo ___EJERCICIO___ MOTORES UNIVERSALES
  • 21. 21 Fuerzas electromagnéticas (V)  Aplicaciones directas son el timbre de una vivienda o los altavoces: CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 22. 22 Fuerzas electromagnéticas (VI) B L I F  CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA FUERZA SOBRE UNA ESPIRA QUE PUEDA GIRAR  Cuando se introduce una espira de longitud L por la que circula una corriente eléctrica I y que puede girar sobre sí misma en el interior de un campo magnético de inducción magnética B, éste ejerce un par de fuerzas F sobre ella que la hacen girar sobre su eje. En los conductores paralelos al campo magnético aparecen dos fuerzas que se oponen. En los conductores perpendiculares aparece el par de fuerzas. MOTORES UNIVERSALES
  • 23. 23 Fuerzas electromagnéticas (VII)     B Λ S I d Λ B Λ L I d Λ F M              B Λ S I N M     CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOMENTO SOBRE UNA ESPIRA QUE PUEDA GIRAR  El momento de este par será  sen B S I M    El momento para una bobina con N espiras será MOTORES UNIVERSALES
  • 24. 24 Motores de corriente continua: Elementos CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  El estator es la parte fija y genera el campo magnético. Para ello dispone de una serie de bobinas inductoras situadas alrededor de los polos del electroimán, sujetos a la carcasa.  El rotor es la parte móvil. Consta de un conjunto de bobinas inducidas enrolladas sobre las ranuras de un núcleo de hierro llamado inducido el extremo de las cuales se sueldan mediante láminas de cobre llamadas delgas. El conjunto de delgas forma el colector. El rotor se monta sobre un eje para poder girar.  Las escobillas van montadas sobre los porta escobillas y están en contacto con el colector para proporcionar la corriente a las bobinas inducidas. MOTOR CC FABRICAMOS UN MOTOR CC PARTES MOTOR CC MOTORES UNIVERSALES
  • 25. 25 Motores de corriente continua: Funcionamiento CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA Al conectar un motor a una fuente de alimentación, la corriente circula por las bobinas inductoras generando un electroimán. La misma corriente circula por las bobinas inducidas a través de las escobillas y del colector. En este momento aparece un par de fuerzas sobre las bobinas inducidas obligándolas a girar sobre su eje. Darán media vuelta. FUNCIONAMIENTO En sentido horizontal, por la espira no habrá corriente pero ésta seguirá girando por inercia. A continuación, el colector invertirá el sentido de la corriente y por tanto volverán a quedar polos magnéticos opuestos en rotor y estator, con lo que el par de fuerzas tendrá el mismo sentido y se acabará de realizar el giro. MOTORES UNIVERSALES
  • 26. 26 Motores de corriente continua: Tipos (I) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  MOTOR SERIE: En él el inducido y el devanado inductor van conectados en serie. Si se desconecta de los bornes de salida del motor, quedara interrumpido el circuito de excitación y por lo tanto no se producirá en el inducido tensión alguna. Al representar las curvas de régimen de giro (rpm), potencia eléctrica absorbida (KW), par motor (Kgm) y rendimiento (%) en función de la intensidad adsorbida (A), deducimos que cuando ésta se reduce mucho el motor se acelera peligrosamente: en vacío I=0 la velocidad será demasiado elevada => inestabilidad; por tanto estos motores no pueden funcionar en vacío. Además, pueden desarrollar un par motor alto a bajas velocidades al revés para velocidades altas. Por lo que tienen un par de arranque elevado. Por este motivo estos motores se usan para vehículos de tracción eléctrica como tranvías, locomotoras, etc MOTORES UNIVERSALES
  • 27. 27 Motores de corriente continua: Tipos (II) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  MOTOR SHUNT (paralelo): Su bobinado inductor principal está conectado en paralelo con el bobinado inducido. De esta forma, de toda la corriente absorbida por el motor solo una parte circula por cada bobinado. Del análisis de las curvas de respuesta podemos deducir que en el arranque (bajas velocidades) el par motor es menor que en el caso anterior. Además para pequeñas intensidades la velocidad se mantiene pudiendo trabajar en vacío. Por este motivo estos motores se usan cuando necesitamos velocidades constantes independientemente de la carga aun no ofreciendo par motor elevado, por ejemplo para máquinas herramienta. MOTORES UNIVERSALES
  • 28. 28 Motores de corriente continua: Tipos (III) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  MOTOR COMPOUND (conexión compuesta): Es una combinación de motor serie y paralelo. Las bobinas inductoras quedan divididas en dos partes: una en serie con las inducidas (EF) y una (CD) en paralelo con éstas. De esta manera, temenos mucha I en el inductor para tener muy buen par y poca I en el inducido para tener estabilidad en el régimen de giro. Esta configuración confiere al motor las características de los motores serie y paralelo: un par motor mayor que el shunt pero menor que el serie y un régimen de giro mayor que el del motor shunt y que también se mantiene invariante, pudiendo trabajar en vacío. Por este motivo estos motores se usan cuando se requiere un par de arranque alto y velocidades constantes, por ejemplo para máquinas herramienta como compresores y laminadoras y tracción eléctrica. MOTORES UNIVERSALES
  • 29. 29 Motores de corriente continua: Tipos (IV) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA Esta es una comparación de las velocidades de los diferentes tipos de motores en función del par del motor MOTORES UNIVERSALES
  • 30. 30 Motores de corriente continua: Intensidad CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  INTENSIDAD NOMINAL (In) de un motor es la que absorbe el motor una vez arrancado y funcionando en condiciones normales.  INTENSIDAD DE ARRANQUE (Ie) de un motor es la que consume el motor en el momento del arranque. No debe sobrepasar un cierto valor respecto de la intensidad nominal que dependerá de la potencia del motor. MOTORES UNIVERSALES
  • 31. 31 Motores de corriente continua: Par Motor CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  PAR NOMINAL (Γn) de un motor es el que tiene el motor una vez arrancado y funcionando en condiciones normales.  PAR DE ARRANQUE (Γ e) tiene que ser mayor que el nominal para vencer la resistencia del motor al arranque y para llegar a la velocidad nominal de éste; es decir, para vencer el momento de inercia del motor. MOTORES UNIVERSALES
  • 32. 32 Motores de corriente continua: velocidad y sentido de giro (I) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  VELOCIDAD DE GIRO de un motor es la que tiene el motor una vez arrancado y funcionando en condiciones normales. Se puede variar al variar la tensión aplicada al motor, con lo que su regulación es relativamente sencilla. La estabilidad de funcionamiento de un motor se consigue si:  Al aumentar la velocidad el motor responde con una reducción del par motor que establece el equilibrio. De lo contrario, el motor se acelerará.  Al disminuir la velocidad el motor responde con un aumento del par motor que establece el equilibrio. De lo contrario, el motor perderá fuerza y se parará.  SENTIDO DE GIRO lo de la regla de la mano izquierda y se puede cambiar variando el sentido de la corriente en el inducido o en el inductor (nunca las dos a la vez!!) MOTORES UNIVERSALES
  • 33. 33 Motores de corriente continua: velocidad y sentido de giro (II) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  Realiza el circuito equivalente para cada uno de los tipos de motores de cc indicando el esquema de conexionado. Realiza el mismo ejercicio para poder realizar un cambio de sentido de giro. ___EJERCICIO___ SERIE MOTORES UNIVERSALES
  • 34. 34 Motores de corriente continua: velocidad y sentido de giro (III) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA SHUNT MOTORES UNIVERSALES
  • 35. 35 Motores de corriente continua: velocidad y sentido de giro (IV) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA COMPOUND MOTORES UNIVERSALES
  • 36. 36 Motores de corriente alterna: clasificación CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA Son los más utilizados. Según el principio de funcionamiento se clasifican en :  Síncronos: Las bobinas inducidas se alimentan mediante corriente continua generando un campo magnético fijo que tratará de alinearse con el campo giratorio generado en las bobinas inductoras, haciendo girar al rotor. Se caracterizan porque su rotor gira a la velocidad de sincronismo que es cte.  Asíncronos: Se fundamentan en la acción que ejerce un campo magnético giratorio en el estator sobre las corrientes inducidas en el rotor, por eso también se llaman motores de inducción. Se caracterizan porque su rotor gira a una velocidad inferior a la de sincronismo. Según el número de fases que se enrollan en el estator pueden ser trifásicos o monofásicos MOTORES UNIVERSALES
  • 37. 37 Motores ac síncronos trifásicos: elementos  El estátor es la parte fija y está formado por la carcasa, que presenta una corona de chapas ranuradas de acero en la que se introducen 3 bobinas inductoras, los extremos de las cuales están conectadas a la placa de bornes para la conexión del motor.  El rotor es la parte móvil y está situado en el interior. Consta de unas bobinas, que se alimentarán en continua a través de los anillos de rozamiento, conectados por unas escobillas. La constitución de este tipo de motores es muy sencillo y tiene menos componentes que un motor de continua
  • 38. 38 Motores ac síncronos trifásicos: funcionamiento El principio de funcionamiento es el mismo que el de los motores de continua, pero existen algunas diferencias:  La corriente alterna trifásica que alimenta el motor circula únicamente por las 3 bobinas inductoras del estator que, al estar formando ángulos de 120º, generan un campo magnético giratorio Bs.  Las bobinas que forman el rotor se alimentan en continua, generando un campo magnético constante en módulo y dirección  Este campo B tratará de alinearse con el campo creado por las bobinas inductoras que, al ser giratorio, hacen que el rotor gire a la velocidad de sincronismo r NI 2 μ B  ] [ p f 60 n rpm   Generando un par: [Nm] B l I r 2 F·2r τ s e  
  • 39. 39 Motores ac asíncronos trifásicos: elementos (I) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES  El estator es la parte fija y está formado por la carcasa, que presenta una corona de chapas ranuradas de acero en la que se introducen 3 bobinas inductoras, los extremos de las cuales están conectadas a la placa de bornes para la conexión del motor.  El rotor es la parte móvil y está situado en el interior. En el motor de jaula de ardilla, se compone de una serie de conductores metálicos acoplados en dos coronas metálicas (su aspecto es el de una jaula). La constitución de este tipo de motores es muy sencillo y tiene menos componentes que un motor de continua C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 40. 40 Motores ac asíncronos trifásicos: elementos (II) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 41. 41 Motores ac asíncronos trifásicos: elementos (III) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES MOTOR AC C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 42. 42 Motores ac asíncronos trifásicos: funcionamiento CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES FUNCIONAMIENTO 2: GIRO DEL ROTOR C. CONTINUA C. ALTERNA El principio de funcionamiento es el mismo que el de los motores de continua, pero existen algunas diferencias:  La corriente alterna trifásica que alimenta el motor circula únicamente por las 3 bobinas inductoras del estator que, al estar formando ángulos de 120º, generan un campo magnético giratorio.  En los conductores que forman el rotor se inducen unas corrientes como consecuencia del campo magnético giratorio. No se conecta el rotor a la corriente de alimentación del motor.  En consecuencia, se generan unas fuerzas sobre los conductores que forman el rotor que lo obligan a girar. FUNCIONAMIENTO 1: CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO MOTORES UNIVERSALES
  • 43. 43 Motores ac asíncronos trifásicos: velocidad de giro p f 60 n1  CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  VELOCIDAD DE GIRO DEL CAMPO MAGNÉTICO (n1) viene dada por la expresión:  VELOCIDAD DE GIRO DEL MOTOR (n2) tiene que ser menor que n1, de lo contrario no se inducirían corrientes en el rotor y éste no giraría. Por esto se llaman motores asíncronos. donde:  n1 es la velocidad de giro del campo magnético (rpm)  f es la frecuencia de la corriente alterna (Hz)  p es el número de pares de polos del motor MOTORES UNIVERSALES
  • 44. 44 Motores ac asíncronos trifásicos: rozamiento 100 n n n d 1 2 1   CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  ROZAMIENTO ABSOLUTO (D) es la diferencia entre las dos velocidades de giro.  ROZAMIENTO RELATIVO (d) es el cociente entre el rozamiento absoluto y la velocidad de giro del campo magnético. 2 1 n n D   MOTORES UNIVERSALES
  • 45. 45  Calcula la velocidad de giro del campo magnético de un motor asíncrono de 6 polos conectado a una red de corriente alterna de 50Hz de frecuencia. Calcula, también, la velocidad de giro del rotor si el motor trabaja con un rozamiento relativo del 4%. Motores ac asíncronos trifásicos: velocidad y rozamiento rpm 1000 3 50 60 p 60f n1     ___EJERCICIO___ rpm 960 100 4 1 1000 100 d 1 n n 100 n n n d 1 2 1 2 1                     CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES
  • 46. 46 Motores ac asíncronos trifásicos: curvas de funcionamiento Del análisis de las curvas de Intensidad absorbida y el par motor en función de la velocidad de giro (en relación a sus valores nominales) podemos deducir tres momentos diferentes: CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  Durante el arranque la velocidad de giro es prácticamente cero. La intensidad absorbida es 6 veces la nominal y el par motor 1.5 veces el nominal.  Durante la aceleración la intensidad va reduciendo y el par motor, aunque reduce al principio, luego llega a su valor máximo, cuando la velocidad de giro es el 75% de la nominal.  Durante el funcionamiento nominal la intensidad es la nominal y tanto el par como la intensidad absorbida se aproximan a cero. MOTORES UNIVERSALES
  • 47. 47 Motores ac asíncronos trifásicos: modos de arranque CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  Arranque Directo: las bobinas inductoras del estator se conectan directamente a la red eléctrica.  El par de arranque es mayor.  La intensidad absorbida provoca distorsiones en la red y problemas a los usuarios.  Arranque Indirecto: se intercala entre la red y las bobinas inductoras algún elemento que disminuya la intensidad de arranque como resistencias o autotransformadores; una vez se ha arrancado el motor, se quitan estos elementos.  El par de arranque es menor.  No hay distorsiones en la red MOTORES UNIVERSALES
  • 48. 48 Motores ac asíncronos trifásicos: características CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  Sencillos, baratos, de fácil mantenimiento y baratos.  Pueden arrancar a plena carga por tener un par de arranque elevado.  Tienen un par nominal mayor que el de arranque.  En el arranque absorben una intensidad elevada (6 veces la nominal). Para evitarlo se arrancan de modo indirecto.  Tienen un buen rendimiento.  Se utilizan en instalaciones industriales en las que se requiera gran potencia. MOTORES UNIVERSALES
  • 49. 49 Motores ac asíncronos monofásicos: elementos y funcionamiento CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES  El estator está formado por bobinas inductoras (normalmente una).  El rotor es de jaula de ardilla. Son los motores que normalmente accionan electrodomésticos y máquinas herramienta de baja potencia, ya que en las viviendas no disponemos de corriente trifásica. Los elementos que los formas son prácticamente los mismos que los motores trifásicos C. CONTINUA C. ALTERNA El principio de funcionamiento es el mismo que el de los motores asíncronos trifásicos cuando funcionan en su etapa nominal; pero a diferencia de éstos, necesitan de algún elemento adicional que los arranque: bobina auxiliar o espira en cortocircuito. MOTORES UNIVERSALES
  • 50. 50 Motores ac asíncronos monofásicos: arranque (I) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA FUNCIONAMIENTO: ARRANQUE CON DEVANADO AUXILIAR  ARRANQUE CON BOBINA AUXILIAR: En el estator hay una bobina inductora principal de trabajo y una bobina auxiliar de arranque, que se desconectará una vez el motor ha conseguido su velocidad nominal.  En el arranque se comportan como motores bifásicos  Estos motores son de escasa potencia y se usan en pequeños electrodomésticos.  Un condensador en serie con la bobina de arranque permite un par de arranque más elevado y mayores potencias (entre 0.12 y 7.5 KW). Estos motores se usan en aparatos industriales como compresores y bombas. MOTORES UNIVERSALES
  • 51. 51 Motores ac asíncronos monofásicos: arranque (II) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  ARRANQUE CON BOBINA AUXILIAR: MOTORES UNIVERSALES
  • 52. 52 Motores ac asíncronos monofásicos: arranque (III) CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA  ARRANQUE CON ESPIRA EN CORTOCIRCUITO: El estator de estos motores posee unos polos salientes similares a los de los motores de continua; cada polo tiene enrollada la bobina inductora más una espira en cortocircuito. Las corrientes que se inducen en la espira arrancan el motor.  Estos motores son de baja potencia y pequeño par de arranque  Se usan en pequeños electrodomésticos que trabajen con carga reducida como ventiladores, secadores de pelo, etc. MOTORES UNIVERSALES
  • 53. 53 Motores Universales CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES  Pueden alimentarse con corriente continua y alterna monofásica indistintamente. Su constitución es la de un motor de continua serie.  Tiene un elevado par de arranque pero puede trabajar en vacío sin desestabilizarse, como ocurre con los motores serie. Puede trabajar a plena carga.  Alcanza mayores velocidades que los motores serie. Su velocidad de giro se adapta a la carga, disminuyendo al aumentar ésta.  Se pueden construir para cualquier velocidad de giro. Además, se puede regular la velocidad mediante potenciómetros o resistencias variables (PTC’s, NTC’s, LDR’s, VDR’s,…) puestas en serie con el inducido.  Estos motores son muy utilizados para máquinas herramienta como taladros y sierras y para electrodomésticos de potencias medias (700w) como batidoras, aspiradoras, etc.
  • 54. 54 Motores Universales con imán permanente CONTENIDO PRINCIPIOS GENERALES C. CONTINUA C. ALTERNA MOTORES UNIVERSALES  En lugar de una bobina inductora, el motor tiene un imán permanente encargado de crear el campo necesario.  Estos motores son muy utilizados en el sector del juguete