INTRODUCCION.

La máquina de corriente continua es una de las mas versátiles en la industria. Su fácil control de

posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores selecciones en aplicaciones de

control y automatización de procesos. Pero con el advenimiento de la electrónica han caído en

desuso pues los motores de corriente alterna del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual

forma a precios más asequibles para el consumidor promedio de la industria. A pesar de esto el uso

de motores de corriente continua (motores c.c.) sigue y se usan en aplicaciones de trenes o tranvías

El motor de corriente directaa es una

máquina que convierte la energía

eléctrica en mecánica, principalmente

mediante el movimiento rotativo. En la

actualidad existen algunas nuevas

aplicaciones con motores que no

convierten el movimiento en rotación, si

no que con algunas modificaciones,

ejercen la tracción sobre un riel. Estos

motores se conocen como motores

lineales.

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regulación de su

velocidad desde vacío a plena carga.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un

estator el cual da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma

cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, los cuales pueden estar devanados sobre la

periferia del estator, o pueden estar de forma saliente. El rotor es generalmente de forma cilíndrica,

donde también está devanado.

Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los

mismos dispositivos, diferenciándose en la forma de utilización.

Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce

en el bobinado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de

carga.

En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector

de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza

contraelectromotriz en energía mecánica.

En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.

La inversión del sentido de giro en un motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido

del campo magnético o de la corriente del inducido.

Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.

Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en

la caja de bornes de la máquina.

Partes de un motor corriente continua:

Principio de funcionamiento

Ley de Laplace: Un conductor por el que pasa una corriente eléctrica que causa un campo magnético

a su alrededor tiende a ser expulsado si lo queremos introducir dentro de otro campo magnético.

F: Esfuerzo en Newtons

I: Intensidad del conductor en Amperios

l: Longitud del conductor en metros

B: Inducción en Teslas

F = B * l * I

Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor

Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador.

La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.

Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con máquina parada

no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura.

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en:

Motor serie

Compound

Shunt

Sin escobillas

MOTOR SHUNT

Se designa así al motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en

derivación con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. Al igual que en las

dínamos shunt las bobinas polares principales son construidas de muchas espiras y con hilos de poca

sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.

Circuito de montaje:

El motor Shunt ser conecta directamente en paralelo, el inducido con la excitatriz.

Generalmente se conecta, en serie con la excitatriz un reóstato de campo.

Al aplicarle alguna carga este diminuye su velocidad.

El motor tiene una buena regulación de velocidad, que al aumentar la carga disminuye la velocidad

levemente y aumenta el par.

Al disminuir la velocidad la fcem también disminuye de inmediato, pero el campo se mantiene

constante prácticamente entonces la corriente aumenta que ocasionaría una mayor caída de tensión

en Ia*Ra, lo que significa que la f.c.e.m. no vuelve a su valor primitivo. El cual se muestra en siguiente

ecuación:

Et = Eg + Ia*Ra

Como Et es constante entonces la suma de Eg con Ia*Ra será constante, dado que él termino Ia*Ra

es mayor porque con el aumento de carga la velocidad disminuye, y el voltaje inducido Eg disminuye.

La velocidad nominal es correspondiente a la velocidad de plena carga y excitación nominal. Los

ajustes de velocidad se logran colocando resistencias en el circuito inductor, ( Fig. 6.44),

Lo que debilita el flujo magnético. Esta forma de control de velocidad constituye un medio eficaz para

variarla suavemente desde el arranque hasta el valor indicado, dado por las limitaciones de

reducción eléctrica y de esfuerzo mecánico del motor.

Se debe tener cuidado de no abrir la excitación de un motor shunt que este girando en vacío.

El campo principal permanece casi constante. Como el par de un motor es:

K’xØxIa

Su valor es directamente proporcional a la velocidad retórica. En la siguiente figura se muestra las

características de par-carga y velocidad-carga de un motor tipo shunt:

Como ya sabemos que al incrementar la carga, se disminuye la velocidad, y que a su vez se

disminuye la f.c.e.m. y que esto provoca que la corriente aumente haciendo que exista una mayor

caída de tensión, y entonces como resultado de la disminución de todos esos parámetros, dado que

la tensión de bornes se mantiene hace que el par se incremente con el incremento de la carga.

En el motor shunt el flujo es sensiblemente constante. Por ello el par varía proporcionalmente a la

corriente en el inducido. Como resultado podemos observar que al graficar con el par en las

ordenadas y la corriente en las abscisas, la grafica tendría resultado como resultado una línea recta.

Tomando como ejemplo, de la figura anterior, cuando la corriente es de 30 amperios, en el inducido

se desarrolla un par de 5.5 kg.mt, y cuando la corriente en el inducido es de 60 amperios se

desarrolla un par de 11.06 kg.mt. En este caso, cuando la corriente aumenta al doble, también el par

se duplica

Los arrancadores de corriente continua están diseñados para limitar la intensidad rotórica a un valor

de 125% a 200% de la corriente nominal. Como el par de un motor shunt proporcional a la intensidad

de inducido, o sea el par de arranque, que será el 125% al 200% del valor nominal, dependiendo de

los valores de las resistencias de arranque. Como cuando la intensidad del arranque de un motor es

del 150% del nominal, se le acopla resistencias de disipación de potencia acoplado al 150% del valor

nominal del motor.

En el siguiente diagrama se observa que es un motor shunt con sistema de arranque escalonado y su

fusible de protección, que podrá hacer referencia al articulo 430 y sus literales 147 y 152 para efecto

de mayor conocimiento de sus protecciones.

CIRCUITO DE PROTECCIÓN MOTOR EXCITACIÓN SHUNT

Motor shunt: Se designa así al motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. Al igual que en las dínamos shunt las bobinas polares principales son construidas de muchas esporas y con hilos de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.

La intensidad de corriente total absorbida por el motor se descompone en dos partes, una recorre el bobinado inductor principal y otra que pasa por el inducido. La intensidad de la corriente de excitación vale:

Id = VL / Rd

valor que permanece constante mientras no se modifique la tensión de la línea VL ni la resistencia del circuito en el cual se halla incluido el bobinado inductor principal, lo cual también determina que es constante el valor del flujo polar.

El par de arranque del motor shunt también es mayor que el momento de rotación nominal, opero sin llegar a ser tan elevado como el motor serie, ya que aquí solamente crece la corriente en el inducido mientras que se mantiene constante el flujo ( por se r constante la corriente de excitación ). En consecuencia, el par de arranque viene a ser 1,4 a 1,8 veces el par nominal.

El motor shunt conserva casi inalterable su velocidad, aunque varíe el par resistente.

No obstante, también el motor shunt puede embalarse si quedara cortado el circuito de excitación .Ahora bien, esto sólo puede ocurrir por error de maniobra o avería.

La favorable propiedad de tener una velocidad estable, hace del motor shunt, el motor por excelencia para el mando de máquinas para herramientas, así como en aquellas aplicaciones que no han de tener vigilancia permanente.

9 Generador con excitación en paralelo (shunt):

El generador con excitación shunt suministra energía eléctrica a una tensión aproximadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tan constante como en el caso del generador con excitación independiente. Cuando el circuito exterior está abierto, la máquina tiene excitación máxima porque toda la corriente producida se destina a la alimentación del circuito de excitación; por lo tanto, la tensión en bornes es máxima. Cuando el circuito exterior está cortocircuitado, casi toda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la excitación es mínima, la tensión disminuye rápidamente y la carga se anula. Por lo tanto, un cortocircuito en la línea no compromete la máquina, que se desexcita automáticamente, dejando de producir corriente. Esto es una ventaja sobre el generador de excitación independiente en donde un cortocircuito en línea puede producir graves averías en la máquina al no existir éste efecto de desexcitación automática.

EJERCICIOS

1.-Un motor shunt de c.c. alimentado a 220V con Ra = 0,1Ω ; Rf = 40Ω gira a plena carga a 990 r.p.m.

absorbiendo 100A . Siendo las pérdidas mecánicas despreciables y considerando el flujo Ф

proporcional a la corriente. A plena carga, calcular:

a) La fuerza contraelectromotriz Ev

b) Las potencias de entrada, útil y de pérdidas en el cobre

c) El par y el rendimiento

b) si el par exterior se reduce a la mitad del de plena carga, los nuevos valores de velocidad y

potencia útil.

Solución

a) Ev = 210,4 V

b) Potencia de entrada = 22000W ; pérdidas = 2103W ; Potencia útil = 19897 W

c) C = 191,92 Nw-m

η = 90%

b) N’ = 1012,92 r.p.m. ; Pútil = 10171,74 W

2.-Un generador shunt de c.c., cuya f.e.m. en vacío en función de la corriente de excitación, para una

velocidad de 900 r.p.m., está dada por la expresión

Ev = 550If / (8 + If)

entrega a plena carga 50A a 900 r.p.m., siendo Ra = 0,2Ω y Rf = 40Ω.

Calcular:

a) en régimen de vacío a 900 r.p.m. la f.e.m. inducida en vacío, la tensión en las bornas de

salida, potencias de pérdidas y rendimiento

b) repetir el apartado a) en el caso de plena carga a 900 r.p.m.

c) la resistencia que se debe añadir en paralelo con el inductor para que la tensión a la salida

sea de 210 V cuando entrega 25A a 900 r.p.m.

Solución

a) Ev = 228,33V ; V = 227,19V; pérdidas = 1296,94W; η = 0

b) E’v = 212,31V; V’= 201,3 V ; pérdidas = 1617,69W; η = 0,86

c) Rx = 763 Ω

3.- Se dispone de un motor shunt de c.c. con las siguientes características V = 48V;

Ra = 0,4Ω; Rf = 20Ω, velocidad máxima teórica de 4500 r.p.m, pérdidas mecánicas despreciables y

flujo proporcional a la corriente. Si el par de plena carga es de 4,074 Nw-m, calcular en estas

condiciones:

a) la fuerza contraelectromotriz, la velocidad de giro en r.p.m. y la corriente total absorbida

b) las potencias de entrada, útil, de pérdidas en el cobre y el rendimiento.

c) la corriente de arranque y el par de arranque

Solución

a) Ev= 31,83V; I = 42,81 A ; N = 3015,41 r.p.m.

b) Pentrada= 2054,88W; Pútil = 1286,25 W; pérdidas = 768,38W

c) Carr = 4,74 Nw-m; Iarr = 47,02 A

4.- Una dinamo shunt cuya curva de vacío para 1000 r.p.m. viene dada por

Ev 0 60 110 150 185 210 230 240 V

If 0 2 4 6 8 10 12 14 A

y cuyas resistencias de las bobinas inductoras e inducidas son: Ra= 0,22Ω ; Rf = 19,8Ω , entrega

110A a 1000r.p.m. y plena carga. Suponiendo que las pérdidas mecánicas son 4000W, calcular:

a) Tensión en bornas, en vacío, a 1000 r.p.m.

b) Tensión en bornas, a plena carga, a 1000 r.p.m.

c) Pérdidas, potencia útil y rendimiento a plena carga.

Solución

a) V = 219,56V

b) V = 217,36V

c) Pérdidas mecánicas + pérdidas eléctricas = 6654 W

Potencia útil = 23910 W

Rendimiento = 78,2%

5.- Una máquina de c.c. de excitación shunt, de características Ra = 0,1Ω, Rf = 78Ω,

trabaja como motor dando 20 CV a 240V y a 1200 r.p.m.

Si se hace trabajar a la máquina como generador ¿a qué velocidad girará el rotor para obtener a la

salida 240V y una potencia eléctrica útil de salida de 12000 W?

Solución

N = 1407 r.p.m.

10.- Un motor shunt de 250V tiene una resistencia de inducido de 0,5 Ω y una resistencia de campo

de 250Ω. A la velocidad de 600 r.p.m. el inducido absorbe 20A.

Se desea elevar la velocidad colocando en serie con la bobina de campo una resistencia Rx,

conservando el mismo par. Se pide el valor de dicha resistencia Rx para una velocidad de 800 r.p.m.

Solución

Rx = 69,39Ω

I n s t i t u t o P o l i t é c n i c o N a c i o n a l.

Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica

Unidad Profesional Azcapotzalco

Ingeniería Eléctrica Aplicada..

MOTOR SHUNT. (Paralelo de auto-excitación).