Fuerza Contraelectromotriz Invest 3t1b42

Méndez Gómez Shujeira

Fuerza contraelectromotriz La fuerza contra-electromotriz se define como una característica de los receptores que mide en voltios la energía por unidad de carga que consume el mismo. Se opone al paso de la corriente eléctrica en una inductancia, reduciendo después de unos milisegundos el consumo de la misma. Su expresión matemática es la siguiente: o Fuerza contra-electromotriz en motores eléctricos En cuanto circula corriente por el bobinado del rotor (inducido), se produce la acción dinámica entre la corriente y el campo magnético de las expansiones polares, haciendo que el motor comience a funcionar. Pero en cuanto los conductores del rotor se mueven, cortan las líneas de fuerza del campo y por tal motivo se inducirá una Fuerza electromotriz(FEM) en ellos. De acuerdo con la ley de Lenz, la fuerza electromotriz tiende a oponerse a la causa que la genera, es decir, que en el caso que nos ocupa tenderá a frenar el rotor. Aplicando la regla de la mano derecha se encuentra que la espira es impulsada hacia un sentido señalado, pero al moverse los conductores que la forman dentro del campo se inducirá una FEM cuyo sentido se encuentra con la regla de la mano derecha y el sentido de la tal es opuesto al de la corriente principal. Por tal motivo a esa FEM se la llama fuerza contra-electromotriz, y obliga a aumentar la tensión aplicada al motor para que se asegure la circulación de corriente en el rotor. Si una espira corta a un flujo a razón de revoluciones por minuto, la FEM inducida tendrá el valor de:

siendo: número de polos flujo revoluciones por minuto (RPM) Para más de una espira, debe multiplicarse por el número de ellas la fórmula anterior. Como conclusión la FCEM depende directamente del flujo y las revoluciones que tome el rotor y de los polos y número de espira como constantes del aparato (generador o motor de CC).

Un motor eléctrico que se le aplica un momento de torsión eléctrica provoca que una espira por la cual fluye una corriente eléctrica gire en un campo magnético constante pero si a ese campo magnético le producimos una corriente eléctrica y hacemos girar la bobina del rotor entonces provocaremos

Méndez Gómez Shujeira una f.e.m. inducida. Con lo cual se puede decir que en un motor eléctrico de cualquier tipo puede convertirse en un generador eléctrico. Cuando un motor eléctrico tiene un movimiento debido al campo magnético se le llama fuerza contra electromotriz.

Fuerza electromotriz La fuerza electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico. Con carácter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor fuerza electromotriz del generador.

cuya circulación,

, define la

Se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo, dividido por el valor en Culombios de dicha carga. Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga por el circuito exterior al generador, desde el polo positivo al negativo, es necesario realizar un trabajo o consumo de energía (mecánica, química, etcétera) para transportarla por el interior desde un punto de menor potencial (el polo negativo al cual llega) a otro de mayor potencial (el polo positivo por el cual sale). La FEM se mide en voltios, al igual que el potencial eléctrico. Por lo que queda que:

Se relaciona con la diferencia de potencial entre los bornes y la resistencia interna del generador mediante la fórmula (el producto es la caída de potencial que se produce en el interior del generador a causa de la resistencia óhmica que ofrece al paso de la corriente). La FEM de un generador coincide con la diferencia de potencial en circuito abierto. La fuerza electromotriz de inducción (o inducida) en un circuito cerrado es igual a la variación del flujo de inducción

del campo magnético que lo atraviesa en

la unidad de tiempo, lo que se expresa por la fórmula (ley de Faraday). El signo - (ley de Lenz) indica que el sentido de la FEM inducida es tal que se opone al descrito por la ley de Faraday (

).

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Motor shunt El motor shunt o motor de excitación en paralelo es un motor eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. Al igual que en las dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistenciadel bobinado inductor principal es muy grande. En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que en el motor serie (también uno de los componentes del motor de corriente continua). Al disminuir la intensidad absorbida, el régimen de giro apenas sufre variación. Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye más que ligeramente cuando el par aumenta. Los motores de corriente continua en derivación son adecuados para aplicaciones en donde se necesita velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que es necesario un rango apreciable de velocidades (por medio del control del campo). El motor en derivación se utiliza en aplicaciones de velocidad constante, como en los accionamientos para los generadores de corriente continua en los grupos motogeneradores de corriente continua.

Motor compound Un motor compound (o motor de excitación compuesta) es un Motor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados

Méndez Gómez Shujeira inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados: inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. El flujo del campo serie varía directamente a medida que la corriente de armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo. Esto provee una característica de velocidad que no es tan “dura” o plana como la del motor shunt, ni tan “suave” como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio. El motor compound es un motor de excitación o campo independiente con propiedades de motor serie. El motor da un par constante por medio del campo independiente al que se suma el campo serie con un valor de carga igual que el del inducido. Cuantos más amperios pasan por el inducido más campo serie se origina, claro está, siempre sin pasar del consumo nominal.

Motor eléctrico compound.

Control de motores CD

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Las técnicas de control de motores DC son herramientas que se utilizan para controlar la velocidad, el par y el suministro de potencia de los motores de corriente continua. El control de motores puede llevarse a cabo mediante tiristores y un conocimiento básico de electrónica de potencia. La mayoría de motores utilizados en la industria se conectan directamente a las líneas de distribución eléctrica, y se alimentan con corriente alterna o corriente directa. Las terminales de los devanados del motor se conectan directamente a las líneas de suministro eléctrico, y sus características de operación se mantienen inalterables, al tener una tensión de entrada constante. El motor trabaja en condiciones nominales cuando se alimenta con la tensión indicada en la placa de operación, entregando potencia constante a la carga conectada en el eje. La naturaleza de la carga que se acopla al eje del motor define el comportamiento de esta máquina. Para el caso de una carga liviana, el motor desarrollara una velocidad relativamente alta y un par de giro bajo. Por el contrario, si se dispone de una carga pesada o difícil de mover, el motor se moverá a una velocidad menor y entregara más par, pues una mayor carga lo exige. Sin embargo, si la carga se mantiene constante, la operación del motor también se mantendrá constante, sin posibilidades de controlar la velocidad debido a que la tensión de suministro no se ve modificada. Existen casos en la industria que requieren el manejo de las características de operación de los motores. Este control se suele hacer mediante tiristores. La combinación del motor, los tiristores de control y demás componentes electrónicos asociados son conocidos como el sistema de control de velocidad, sistema de accionamiento o sistema de excitación de motor. Fuerza Electromotriz factores que facilitan su manejo 

La intensidad del campo magnético. Mientras más intenso sea el campo, la fuerza contra-electromotriz tiende a ser mayor.



La velocidad de rotación. Mientras mayor sea la velocidad, la fuerza electromotriz tiende a ser mayor. también puede variar hay diferentes formatos para desarrollarlo.

Forma de Variar la Velocidad de un motor DC en Derivación 

Ajustar el voltaje (y la corriente) aplicado al devanado del campo. Al aumentar el voltaje de campo, el motor desacelera.



Ajustar el voltaje (y la corriente) aplicado a la armadura. Al aumentar el voltaje en la armadura el motor acelera.

El control de armadura muchas veces se prefiere al de campo pues puede manejarse con más libertad la producción de par con este método. Control de Armadura con Tiristor

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Uso de Tiristores para Control de Motores DC

SCR y Sistema de Control En este caso el SCR (Sillicone Controlled Rectifier) puede hacer la mayor parte de las funciones de un reóstato, en el control de la corriente promedio de una carga sin las limitaciones de gran potencia. Estos son pequeños, poco costosos y eficientes en energía. Es natural acoplar el motor para control de armadura para la velocidad del motor. Según la figura el SCR proporciona entonces rectificación de media onda y control al devanado de armadura. Si se da un temprano disparo del SCR, el voltaje y la corriente promedio de la armadura aumentan y el motor puede trabajar con más rapidez. Al disparar el SCR más tarde, se reducen el voltaje y la corriente promedio y el motor trabaja más lento. Sistema de control de Media Onda y una Fase para la Velocidad de un Motor de DC en Derivación La velocidad del motor se ajusta con el potenciómetro de 25 K. Al girarlo hacia arriba, aumenta la velocidad del motor, esto se debe a que el voltaje de compuerta en relación con tierra se vuelve una parte mayor del voltaje respectivo de la línea de CA, y esto permite que el voltaje de compuerta a cátodo llegue más temprano en el ciclo al valor del voltaje de disparo del SCR. La relación entre la velocidad y el ángulo de retardo de disparo, para este sistema, se grafica. Se puede ver que la acción de control de velocidad se logra en un ajuste bastante apretado de unos 70˚ a 110˚. Cuando disminuye la fuerza electromotríz, baja el voltaje de cátodo a tierra, porque VK depende de gran parte de la fuerza electromotríz. Si VK disminuye, el disparo del SCR se efectúa antes porque VG no tiene que aumentar tanto

Méndez Gómez Shujeira para que el voltaje cátodo-ánodo sea lo suficientemente grande como para disparar el SCR. Un aumento en el par de giro produce una reducción en el ángulo de disparo, a su vez, esto nos da una mayor corriente y voltaje de armadura elevando la velocidad y compensando cualquier caída de velocidad dada por la elevación de par de giro.

Dependencia de Velolcidad de Giro a Angulo de Disparo Sistema de Control de Media Onda Monofásico para la Velocidad de un Motor DC

Control de Media Onda para la Velocidad de un Motor DC El funcionamiento de este control se describe a continuación: la corriente alterna que llega se rectifica en un puente de onda completa, cuyo voltaje pulsante de DC se aplica al devanado de campo y al circuito de control de armadura. Se carga el capacitor con la corriente que fluye por el devanado de la armadura, de baja resistencia, a través del diodo D2 y el potenciómetro para el ajuste de velocidad luego sigue a la placa superior del capacitor. El capacitor se carga hasta llegar al voltaje de transición conductiva del SUS [Interruptor unilateral de silicio]. En ese instante el SUS permite que se descargue parte del capacitor en la compuerta del SCR, disparándolo. El ángulo de disparo se determina por la resistencia del potenciómetro de ajuste de velocidad, que determina la rapidez de carga de C. El diodo D3 suprime toda polarización inversa producto del devanado inductivo de la armadura al terminar medio ciclo. Cuando el SCR abre al final de un semiciclo, la corriente continua circulando en el lazo D3 y armadura. El objeto de la combinación R1-D1 es

Méndez Gómez Shujeira proporcionar una trayectoria de descarga para el capacitor C. Recuerde que el SUS no vuelve totalmente a los 0 V, cuando se dispara. El capacitor no puede descargar toda su carga a lo largo del circuito cátodo-compuerta del rectificador del silicio. Queda algo de carga en la placa superior de C. A medida que los pulsos del suministro de DC se acercan a 0, la carga en C se descarga a través de R1 y D1. Así el capacitor pierde toda carga residual para comenzar la siguiente pulsación del puente de diodos.

Motor eléctrico Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica mediante interacciones electromagnéticas. Algunos motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en eléctrica funcionando como generadores. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electromán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo así propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Clasificación de los motores eléctricos: -Motor de Corriente Continua (CC): se utiliza en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor. Este tipo de motor debe de tener en el rotor y el estátor el mismo número de polos y el mismo numero de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos: 

Serie



Paralelo

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Mixto

-Motor de Corriente Alterna (CA): son aquellos motores eléctricos que funcionan con corriente alterna.Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos. -Motores asíncronos y síncronos. Los motores asíncronos (motores de inducción), basan su funcionamiento en el efecto que produce un campo magnético alterno aplicado a un inductor o estátor sobre un rotor con una serie de espiras sin ninguna conexión externa sobre el que se inducen unas corrientes por el mismo efecto de un transformador. Por lo tanto, en este sistema solo se necesita una conexión a la alimentación, que corresponde al estátor, eliminándose, por lo tanto, el sistema de escobillas que se precisa en otros tipos de motores. Los motores síncronos están constituidos por un inducido que suele ser fijo, formando por lo tanto el estátor sobre el que se aplica una corriente alterna y por un inductor o rotor formado por un imán o electroimán que contiene un cierto número de pares de polos magnéticos. El campo variable del estátor hace girar al rotor a una velocidad fija y constante de sincronismo que depende de la frecuencia alterna aplicada. De ello deriva su denominación de síncronos. -Motores de colector. El problema de la regulación de la velocidad en los motores de corriente alterna y la mejora del factor de potencia ha sido resueltos de manera adecuada con los motores de corriente alterna de colector. Según el número de fases de las corrientes alternas para los que están concebidos los motores de colector se clasifican en monofásicos y polifásicos, siendo los primeros los más utilizados. Los motores monofásicos de colector más utilizados son los motores en serie y los motores de repulsión.

Componentes de la instalación Son numerosas las ocasiones donde es necesario realizar instalaciones adicionales en el habitáculo o cabina del vehículo que presten servicios adicionales según el uso para al que finalmente se destine.

Méndez Gómez Shujeira Así por ejemplo, en el caso de la transformación de un vehículo en vehículovivienda o casa móvil, será necesario realizar una instalación eléctrica adicional que dará servicio a pequeños electrodomésticos que se instalarán en el habitáculo (lámparas, frigoríficos, TV, cocinas...). También en vehículos comerciales o de reparto podrá ser necesario la instalación de tomas de corriente, extractores de aire o lámparas interiores en la cabina de carga, etc. que requerirá una instalación eléctrica auxiliar o de servicios. En este tutorial se tratará de definir cómo diseñar estas instalaciones eléctricas y se estudiarán los distintos componentes que forman parte de ella. Batería auxiliar o de servicio Para alimentar la instalación interior de los servicios del vehículo, que no sean las necesidades propias de funcionamiento del vehículo (arranque, luces...), es necesario instalar una batería auxiliar o batería de servicios, distinta de la batería de arranque. Esta batería de servicios dará alimentación a la instalación eléctrica del habitáculo de la autocaravana, casas móviles, roulottes o de la cabina de carga y de los aparatos eléctricos allí instalados. En todo caso, la batería de servicio no debe ser bajo ningún concepto de mayor tamaño que la de arranque o principal del vehículo. Toda batería viene especificada por su voltaje en voltios (V) y por su capacidad de suministro, en A·h. La tensión que suministra una batería es de 12V si es de 6 celdas o vasos, o de 24V si la betería es de 12 vasos (especialmente recomendada para vehículos pesados o con muchos servicios instalados). Por otro lado, su capacidad de suministro, medido en A·h, refleja la cantidad de carga total que puede acumular la batería (recordar que 1 Amperios x hora equivale a 3600 culombios (C)). Ejemplo, una batería de capacidad 100A·h (360000 C) sería capaz de suministrar una corriente de 100 amperios durante una hora de servicio. Básicamente cabe distinguir dos tipos de baterías según la naturaleza del electrolito de su interior: de ácido líquido y baterías de gel. • Baterías de líquido: Son aquellas de electrolito líquido (solución acuosa de ácido sulfúrico y agua) donde se encuentran inmersos las placas positivas y negativas de plomo (electrodos). Son modelos de baterías muy robustos, recomendados para vehículos de uso muy frecuente o con consumos moderados. Las baterías con electrolito líquido deben estar en posición vertical en todo momento, dado que existe peligro de derrame si se colocan de costado o inclinadas. Además estas baterías van a necesitar de operaciones de mantenimiento y de control del nivel de electrolito en el interior de los vasos, reponiendo con agua destilada si el nivel baja por debajo del permitido.

Méndez Gómez Shujeira • Baterías de gel: Las baterías de gel están constituidas por un ácido gelificado que envuelven las placas positivas y negativas (los electrodos) fabricadas de aleación de plomocalcio. Son baterías herméticas que al no contener líquidos, pueden volcarse sin peligro, no emiten gases, son limpias, no generan olores y no precisan ningún tipo de mantenimiento. En el sistema de batería sellada y hermética de gel, los gases que se producen durante la carga se recombinan para convertirse de nuevo en agua dentro de los elementos que componen la batería. De esta forma las baterías de gel son excepcionalmente limpias y seguras de manejar porque no se producen gases o vapores de ácido que pueden escapar al exterior de la batería. Inversor de corriente Debido a que el empleo de aparatos y equipos eléctricos (lámparas, frigoríficos, TV...) que funcionen en corriente alterna (CA) en tensiones de suministro de 110/130V, o 220/240V, según los países de uso, es mucho más barato, además de más fácil de adquirir, que los que funcionen en corriente continua (o corriente directa) (CC) a 12 V, condiciona en la mayoría de los casos a realizar una instalación eléctrica en el habitáculo o en la cabina de carga del vehículo en corriente alterna como si se tratara de una vivienda o local comercial.

Líneas eléctricas interiores La instalación interior estará formada por distintos circuitos independientes, gobernados en la cabecera por un dispositivo de conexión distinto e independiente (PIA) para cada circuito, si las necesidades de distribuir la carga total del sistema así lo aconsejan. Para el cableado se utilizarán los siguientes tipos de cables: • Cable unipolar con conductor flexible aislado, sin cubierta, tipo H07 V-K, dentro de conducto o tubo no metálico; • Cable unipolar con conductor rígido cableado aislado, sin cubierta, con un mínimo de 7 hilos H07 V-R, dentro de conducto no metálico; • Cables flexibles, bajo cubierta reforzada de policloropreno, o elastómero sintético equivalente, tipo H05 RN-F.