Motores eléctricos y ventajas

1. Actuadores
Presenta: Dr. Ing. Ángel
Francisco Villalpando Reyna
angelvillalpando82@gmail.com

2. En este capítulo se analizará uno de los
componentes básicos del control: el actuador. Los
actuadores son los elementos que regular las
operaciones de los equipos de lazo cerrado:
i) una fuente de alimentación
ii) un amplificador de potencia
iii) un servomotor
iv) un sistema de transmisión

3. iii) Actuadores eléctricos La fuente principal de
energía de entrada es la energía eléctrica que
fluye desde el sistema de distribución eléctrico.
Una parte de la potencia de entrada del motor,
–Pa, se convierte en potencia mecánica, –Pm, a
la salida y el resto , –Pds, se disipa debido a las
pérdidas de los motores mecánicos, eléctricos,
hidráulicos o neumáticos.

5. 3.3 Actuadores eléctricos
Por lo general, se habla de los actuadores eléctricos
como aquéllos donde un motor eléctrico acciona los
eslabones del robot por medio de alguna transmisión
mecánica como por ejemplo los engranes. En los
primeros años de la robótica industrial, los robots
hidráulicos eran los más comunes, pero las recientes
mejoras en el diseño de motores eléctricos implicaron
que la mayoría de los robots nuevos fueran de
construcción completamente eléctrica.

6. El primer robot comercial de accionamiento
eléctrico fue introducido por ABB en 1974. Las
ventajas y desventajas de un motor eléctrico
son las siguientes:

7. Ventajas
• Amplia disponibilidad en el suministro de energía.
• El elemento de accionamiento básico en un motor
eléctrico es normalmente más ligero que para la energía
de fluidos.
• Alta eficiencia en la conversión de la energía.
• Sin contaminación del ambiente de trabajo.
• En relación con el costo, la precisión y repetibilidad de
los robots accionados por energía eléctrica es
comúnmente mejor que la de robots accionados por
fluidos.

8. • Por ser relativamente silenciosos y limpios,
resultan muy respetuosos con el ambiente.
• Son de fácil mantenimiento y reparación.
• Los componentes estructurales pueden ser de
peso ligero.
• El sistema de accionamiento es muy
conveniente para el control electrónico.

9. Desventajas
• Los robots de accionamiento eléctrico
frecuentemente requieren la incorporación de algún
tipo de sistema de transmisión mecánica. Esto agrega
masa y movimiento no deseable que requieren energía
adicional y que pueden complicar el control.
• Debido a la complejidad más alta del sistema de
transmisión, se generan costos adicionales para su
adquisición y mantenimiento.
• Los motores eléctricos no son intrínsecamente seguros.
Por lo tanto, no pueden usarse, por ejemplo, en
ambientes explosivos.

10. Las desventajas mencionadas anteriormente son
paulatinamente superadas por la introducción de
sistemas motrices de accionamiento directo, donde el
motor eléctrico es una parte relevante de la articulación
del brazo del robot, por lo que se eliminan los elementos
de transmisión.
Los diferentes tipos de motores eléctricos son motores
de paso, de CD y CA.

11. Otras ventajas son: no se requieren fuentes de energía
de excitación para las bobinas de campo, la
confiabilidad es mejorada conforme no exista fallas en
las bobinas de campo, y el que no existan pérdidas de
potencia de las bobinas de campo se traduzcan en una
mejora en la eficiencia y el enfriamiento

12. ELEMENTOS BASICOS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS

13. En términos generales, se puede decir que una maquina
eléctrica rotativa se compone de dos partes, como se indica
esquematicamente en la Figura 2.1.
Hay una parte fija, que se denomina estator y que tiene
forma cilindrica; en el caso de máquinas de gran velocidad,
dicho cilindro es largo en comparación con su diámetro,
mientras que para las de pequefia velocidad es
relativamente corto. En la cavidad del estator se coloca el
rotor, que, 'como su nombre indica, es la parte giratoria de la
máquina. El rotor se monta en un eje que descansa en dos
rodamientos cojinetes;

14. El espacio de aire que separa el estator del rotor, necesario para que
pueda girar la máquina, se denomina entrehierro, siendo el campo
magnético existente en el mismo el que constituye el medio de
acoplamiento entre los sistemas eléctrico y mecánico.
Normalmente tanto en el estator como en el rotor existen devanados
hechos con conductores de cobre por los que circulan corrientes
suministradas o cedidas a un circuito exterior que constituye el sistema
electrico. Uno de los devanados tiene por mision crear un flujo en el
entrehierro y por ella se denomina inductor. El otro devanado recibe el
flujo del primero y se inducen la corriente que se cierran por el circuito
exterior y se denomina inductor.

15. Desde el punto de vista de la construcción, el estator tiene su
parte exterior recubierta por la carcasa o culata, estando
constituida por un cilindro hueco al que se unen los pies y los
dispositivos de fijación de la maquina (Fig. 2.2).

16. ¿Qué es un motor de corriente continua?
El motor de corriente continua o motor de corriente directa
es una máquina con la capacidad de convertir energía
eléctrica en movimiento o trabajo mecánico a través de
fuerzas electromagnéticas.
El motor de corriente continua funciona gracias al poder del
magnetismo, aprovechando las fuerzas de atracción y
repulsión de los polos con el fin de crear movimientos de
rotación.

17. Este dispositivo emplea un rotor con dos polos magnéticos que
interactúan de manera constante con un estator con polo N y un fijo
de polo S; el rotor gira sobre su eje y gracias a la repulsión y atracción
de sus propios polos con los del estator, se produce un movimiento
constante.
Existen dos tipos de motores de corriente continua según su forma de
excitación: el primero se llama motor de corriente continua de
excitación independiente y funciona por medio de un imán
permanente o a través de una fuente electromagnética.
El segundo tipo es un motor de corriente continua auto excitado, que a
su vez puede presentar tres tipos de conexiones distintas, ya sea en
serie, paralelo o compuesta.

18. ¿Para qué sirve?
El motor de corriente continua sirve para transformar energía eléctrica
en energía mecánica, en ese sentido, este tipo de motores puede ser
aprovechado en objetos que requieran movimiento.
Es posible encontrar motores de corriente en juguetes, giradiscos,
electrodomésticos, modelado de trenes, etc.; en el caso de la industria,
se pueden aprovechar en compresores, máquinas de rotación y
ascensores.
En general, el motor de corriente continua puede utilizarse en todas
aquellas máquinas que necesiten movimiento mecánico y que sean
capaces de producirlo con facilidad a través de alguna fuente de
energía electromagnética.

19. Características de un motor de corriente continua
El motor de corriente continua presenta varias características, entre las
más destacadas se encuentran:
• Tienen una amplia gama de velocidades.
• Alto rendimiento en el margen de velocidades que evita su
sobrecarga.
• Fácil inversión de giro en grandes motores que ayuda a que actúen
de modo reversible.
• Funcionan como convertidores electromecánicos rotativos de
energía porque transforman la energía eléctrica en energía
mecánica.
• Son de tamaño reducido y práctico.

20. Diferencias entre un motor de corriente continua y
alterna El motor de corriente continua presenta varias
diferencias frente a su contraparte de corriente
alterna, a continuación, se mencionan algunas de
ellas:

21. Por su nombre, los motores de corriente continua necesitan de una
corriente constante que los alimente, mientras que los de corriente
alterna requieren de la aplicación de una corriente alterna en el
inductor.

22. Los motores de corriente continua regulan su velocidad a través de
variadores electrónicos de frecuencia, por su parte, los motores de
corriente alterna elevan su velocidad gracias al aumento de la tensión
en su ranura.

23. El par motor de los motores de corriente continua depende del campo
giratorio, mientras que en los de corriente alterna, el par motor está
sujeto a la corriente del inductor y a su flujo en el campo magnético.
El arranque es más débil en el motor de corriente continua que en el de
corriente alterna.

24. Las partes fundamentales del motor de corriente continua
son el estator y el rotor, mientras que en el de corriente
alterna son el inductor, el inducido y el colector.
Los motores de corriente continua son más económicos
frente a los de corriente alterna.

25. Se prefieren los motores de corriente continua en
trabajos de precisión y los de corriente alterna
funcionan bien en trabajos ligeros y pesados.