a e 9 Puesta en marcha de máquinas eléctricas rotativas de CC

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a e 9 Puesta en marcha de máquinas eléctricas rotativas de CC Automatismos industriales Figura 9.1. Creación de un campo magnético por imán natural. S N

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Figura 9.1. Creación de un campo magnético por imán natural.

SN

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Figura 9.2. Creación de un campo magnético artificialmente por electroimanes.

SN

+ - + -

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Figura 9.3. Un conductor “corta” las líneas de fuerza generada por un campo magnético.

S SNN

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Espira

Un conductor alimentado con corriente

eléctrica, produce un campo magnético.

Es un conductor aislado en-rollado en

forma de hélice. Cuando es sometido a una

corriente eléctrica, se genera un campo

magnético, por tanto, la bobina almacena

energía eléctrica en forma de campo

magnético. La bobina alimentada es un

electroimán que genera dos polos N y S.

Figura 9.4.

Figura 9.5.

Espira.

Bobina.

Bobina

SN

+ -

Batería

N S

I I

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Paso 4. El conductor efectúa un giro de90º, las líneas de fuerza se vuel-ven acortar y se genera nuevamente f.e.m. enel conductor, pero de sen-tido contrario.

Paso 4. El conductor gira otro cuarto devuelta, y vuelve a la posición ini-cial. Seha completado un ciclo com-pleto decorriente alterna y la f.e.m. generadavuelve a ser 0.

+ _

La corriente generada es alterna.

N S SSN N

90

1800

90

0

SN N S

0

90

180 360

270

0

90

180

270

Paso 1. El conductor en forma de espira,está situado en la misma dirección quelas líneas de fuerza, por lo tanto, no lascorta. La f.e.m. gene-rada es nula.

Paso 2. La espira gira 90º. Las líneas defuerza se cortan desde 0 hasta elextremo superior de la onda senoi-dal.Se ha generado el máximo de f.e.m. enel semiciclo positivo.

Paso 3. La espira gira media vueltacompleta (180º). Vuelve a una posi-cióndonde no se cortan líneas de fuerza, portanto, el valor generado vuelve a ser 0.

0

90

180 360

270

Figura 9.6. Generador elemental.

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Figura 9.7. Conector de delgas y escobillas.

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Valor medio dela tensión de salida

Una vuelta completa

90º0º 180º 270º 360º

Figura 9.8. Proceso de rectificación de corriente alterna con colector de delgas.

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Batería

N SS N N S

N S N S N N S S

N S

Figura 9.9. Creación de un campo magnético, dentro de otro campo magnético.

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Se

ntid

oco

nve

nci

on

al

de

laco

rrie

nte

(Pu

lga

r)

Movimiento(Corazón)

Campo

magnético

(Índice)

Figura 9.10. Regla de la mano derecha.

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N S

S

N

Batería

Movimiento

Mo

vim

ien

to

Campo magnético

Corriente

(Co

razó

n)

(Índice)(P

ulgar)

Determinación del movimiento

CorrienteCampo magnético

Figura 9.11. Movimiento de la bobina.

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N S

S

N

Batería

A) La batería alimenta a una bobina, la cual genera dospolos magnéticos, norte y sur. El polo sur de la bobina seatrae al polo norte de los imanes. Lo mismo sucede con elpolo norte de la bobina con respecto al polo sur del imán.Una vez estén alineados los polos N-S y S-N, la bobina sedebe detener.......

N SN

S

Batería

B) Los polos se atraen hasta buscar la alineación total defuerzas.

Figuras 9.12.(A y B).

figuras 9.13.(C, D, E F, G y H).

Funcionamiento del motor (1).

Y Funcionamiento del motor (2), en la página siguiente.

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C) En el instante en que los polos están alineados con labobina, la alimentación de ésta se interrumpe, ya que elcolector deja de tener contacto con las escobillas. Al noexistir campos de atracción, la bobina sigue girando.

N SNS

Batería

N SN

S

Batería

D) La bobina vuelve a alimentarse, ya que el colector hagirado lo suficiente, pero note, que la alimentación esinversa, es decir, ha cambiado la polaridad de la misma(ahora aplica positivo por el borne amarillo). Sucede, quelos polos creados ahora por la bobina son contrarios a losanteriores, por lo tanto, al coincidir polo N de la bobina conpolo N del imán y polo S de la bobina con polo S del imán, serepelen consiguiendo el giro del conjunto.

N S

Batería

S

N

E) Los polos magnéticos buscan de nuevo la atracción delpolo opuesto.

N S

Batería

N

S

F) Los polos se atraen hasta buscar la alineación total defuerzas.

N S

Batería

NS

G) De nuevo, coincide que justo en la línea, la bobina dejade alimentarse por las escobillas, continuando el movi-miento rotatorio.

H) Cuando recupera la corriente, lo hace en sentidocontrario, consiguiendo que los polos se repelan.

N S

Batería

N

S

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Bobinado deconmutación

PoloPrincipal

++

++

+++

++

++++

N S

N

S

Polo deconmutación

Expansiónpolar

+

++

+

++

++

Entrehierro

Bobinado decompensación

Bobinadoparalelo

Bobinadoserie

Colector

Eje

Escobilla yportaescobilla

Culata

Conductores

Carcasa

Rotor con bobinado inducido

Polos inductores principales

Figura 9.14. Composición típica de un motor de CC.

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Bobinados

A1-A2: bobinado inducido.E1-E2: bobinado inductorderivación o shunt.D1-D2: bobinado inductor serie.B1-B2: Bobinados auxiliares ode conmutación. D1

D2

B1B2

E1 E2

A1

A2

Figura 9.15. Detalle de los bobinados.

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Figura 9.16.

Rotor bobinado

de una máquina de CC.

Figura 9.17.

Detalle de las

bobinas polares.

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Tabla 9.1. Comparativa de nomenclatura actual y anterior.

Actual Antigua Tipo de bobinado o circuitoA1-A2 A-B Bobinado inducidoE1-E2 C-D Bobinado shuntD1-D2 E-F Bobindo serieB1-B2 G-H Bobinado de conmutaciónF1-F2 J-K Bobinado independiente

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Figura 9.18. Designación actual de terminales y circuitos.

M

A1

A2

B1

B2

F1

F2

M

A

A2-B1

B2

M

A1

M

A1

A2-B2

D1

D2

E1

E2

Bobinadoinducido

Bobinadode los

polos deconmutación

Bobinado inducido,más polos deconmutaciónconectados

en serie

Representacióndel bobinado

inductor, más lospolos de

conmutación

Bobinadoinductor

independiente

Bobinadoinductor

serie

Bobinadoinductorshunt

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A B

C D

M

A

B

C

D

Figura 9.19. Máquina de corriente continua para ensayos.

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+ _ + _ + _

Figura 9.20. Casos para la inversión de sentido de giro de un motor de CC.

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MA1

A2

E1

E2

A1

A2

E1

E2

+

_

Figura 9.21. Bobinados y esquema de conexión shunt para el arranque de un motor de CC.

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X1

X2

X1

X2

H0

13

14

Verde Roja

95

96

97

98

1 32

F2

H1

S1

A1

A2

21

F1

L

KM 1

A C

13

14

111

2

S0

KM 1

3

2

L

N

KM 1

12

34

A1

A2

+_

E1 E2

M

A1

A2

1

2

3

R1

F

Figura 9.22. Automatismo para el arranque directo con reostato.

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F2

A1

A2

Contactor KM 1Alimentación

principal

MA1 A2

E2E1

12

A1

A2

R1 R2 R3

KM 2 KM 3 KM 4

1 3 5

2 4 6

1 3 5

2 4 6

A1

A2

A1

A2

12

12

F3

P

N

Figuras 9.23 y 9.24. Esquemas de potencia y mando para el arranque propuesto.

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Figuras 9.23 y 9.24. Esquemas de potencia y mando para el arranque propuesto.

13

14

95

96

97

98

1 32

F2

S1

A1

A2

L

N

KM 1

A C

13

14

1112

S0

KM 1

2

F1

4 5 6 7 8 9 10 11 12

KM 2

A C

Verde

H1

KT 1

A C

4

67

68

1

67

68

Ámbar

H2

KT 2

KM 3

A C

Roja

H3

KT 3

A C

10

Verde

H4

6N

KM 4

A C

67

68

KT 3

Ámbar

X1

X2

H0

KT 1

KT 2

A C

7

LA

1A

2

A1

A2

A1

A2

A1

A2

A1

A2

X1

X2

X1

X2

X1

X2

X1

X2

A1

A2

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A1

A2D1

D2

M

A1

A2

+

_

D1 D2

Figura 9.25. Bobinados y esquema de conexión serie para el arranque de un motor de CC.

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F2

P

Contactor KM 1Alimentación

principal

MA1 A2D2D1

12

A1

A2

N

R1 R2 R3

KM 2 KM 3 KM 4

PN

A1

A2

1 3 5

2 4 6

1 3 5

2 4 6

A1

A2

A1

A2

12

12

Figura 9.26. Automatismo para el arranque progresivo de un motor serie.

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M

A1

A2

+

_

D1 D2

E1

E2

A1

A2

E1 E2

D1

D2 M

A B E F C D

+ -Nomenclatura antigua

Figura 9.27. Motor compound.

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M

A1

A2

+

_

D1 D2

E1

E2

B2

B1

+ -

A1

A2

E1 E2

D1

D2

B1

B2

Nomenclatura antigua

M

A B G H E F C D

+ -Nomenclatura antigua

Figura 9.28. Motor compound con bobinados de conmutación.a e 9 Puesta en marcha de máquinas eléctricas rotativas de CC

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DIN1

1

DIN2

2

DIN3

3

DIN4

4

DIN5

5

DIN6

6

DIN7

7

DIN8

8

24VDC9

10VDC

10

0V

11

AIN1+

12

AIN1-

13

AIN2+

14

AIN2-

15

DO1

16

DO1

17

DO1

18

DO2

19

DO22

0DO3

21

DO3

22

DO3

23

24

25

26

27

28

+

29

-

30

16 18

17

19

20

23

22

21

L1

N/L

2

L3

PE

L1 N/L2 L3 PE

A B F+ F-

L1 L2 L3 PEAlimentación auxiliar

Módulo convertidor

+ _ + _

MEEncoder

L1 N

Alimentación principal

F1 F2

Figura 9.29. Variador de velocidad para motor de corriente continua.

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Un encoder convierte un movimiento giratorio en

una corriente eléctrica, con una forma de onda

particular.

Constructivamente, el enco-der es un dispositivo

electro-mecánico, que ofrece a su salida, señales

tipo:

- Pulsos en cada variación del eje.

- Un código binario por cada posición del eje.

Para ello, la lectura que realizan puede ser óptica,

mag-nética, o por láser, principalmente.

Figura 9.30. Encoder.

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Figura 9.31. Diagrama de bloques de un servomotor.

MDriver o

controladordel servo

Controlador exteriorpor ejemplo un PLC

CC / CA

Retroalimentación

Motor de CC ó CA SensorEncoder óefecto Hall

Servomotor

120.0

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El efecto Hall es una propie-dad que tienen

los conducto-res o semiconductores para

generar un campo eléctrico en sus extremos

cuando siendo atravesados por una

corriente, se aproximan a un campo

magnético.

La tensión generada es la información que

aporta el sensor, siendo usada para control

de posición (medida de posición) o medida

de corriente.

Figura 9.32. Sensor hall.

Emisor de luz

Sensor fotoeléctrico

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M24V

C24V

EMG

BK RLS

0V

CN3

CN2

CN4

CN5

PWRALM

LEMOTORDRIVERP6

CN1

Figura 9.33. Driver y motor.

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Figura 9.34. Servomotores lineales.

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Automatismos industriales

B1

1

B2

2

B3

3

B4

4

B5

5

B6

6

B7

7

B8

8

B9

9

B1010

B11

11

B12

12

B13

13

A1

14

A2

15

A3

16

A4

17

A5

18

A619

A7

20

A8

21

22

23

24

25

26

+ -

P N

A9 A10 A11 A12 A13

DC24V

DC24V

DC24V

0V

H2

4

C2

4

EM

G

RL

S

RG

+

RG

-

ENTRADAS Y SALIDAS DEL SERVO

CONTROL DEL SERVO

Figura 9.35. Ejemplo de bornero de un servo.

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La modulación por ancho de pulsos (PWM, Pulse-Width Modulation), es la obtención de un voltaje decorriente continua generado en una onda cuadrada lacual varía el tiempo que el pulso está al valor máximo.

En el caso de los servomotores, con motores de co-rriente continua, el posicionamiento del eje se realizacon la variación del ancho de cada pulso. En elsiguiente gráfico y a modo de ejemplo, según el valorde ancho de la onda cuadrada, el eje estará en unaposición determinada.

Figura 9.36.

Figura 9.37.

PWM.

Ejemplo de pulsos para posicionamiento del eje.

0VT

ton toff

+V máx

0

V máx

0.0

ms

1.2

5m

s

1.5

0m

s

1.7

5m

s

0

V máx

0.0

ms

1.2

5m

s

1.5

0m

s

1.7

5m

s

0

V máx

0.0

ms

1.2

5m

s

1.5

0m

s

1.7

5m

s

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Controlador

Activa A

Activa B

Activa C

Activa D

Bo

bin

a1

Bobina 2

Motor P-P Bipolar

A

BC DE

ntr

ad

as

Sa

lida

s

Controlador

Activa A

Activa B

Activa C

Activa D

Motor P-PUnipolar

A

CB DE

ntr

ad

as

Sa

lida

s

Común

Figura 9.38. Circuitos de control para motores P-P. Bipolar y unipolar.

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Figura 9.39. Ejemplo de activación de los polos para el desplazamiento del eje.

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Según el tipo de motor, para cada

movimiento del eje, los polos realizarán

labores de atracción-repulsión, polo a

polo, o la combinación de ellos.

A

B

C

D

A

B

C

D

A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 9.40. Movimiento del eje según la activación de los polos.