CONSTRUCCION DE UN MOTOR BASICO DE CD

Resumen: En el presente documento se muestra la teora de funcionamiento bsico de un motor de Corriente Directa, as como tambin los tipos de conexin, sus curvas caractersticas de funcionamiento y las partes elctricas que componen un motor bsico de corriente directa o contina. Por otro lado, tambin veremos cmo se puede variar la velocidad de este tipo de motores por medio de un control de velocidad. Esta teora de funcionamiento, tipos de motores y control de velocidad de este tipo de motores, nos conlleva a construir un prototipo bsico y casero de un motor de corriente directa.

Palabras Clave: CC-Corriente Continua; DC-Corriente Directa; Inducido- es el rotor bobinado del motor de CD; Ncleo o inductor-Parte fija o polos de imn permanente de un motor CD;

1. INTRODUCCION

Desde los inicios de la humanidad, el ser humano se ha visto en la necesidad de realizar trabajos en movimiento tanto livianos como pesados y siempre se ha buscado la manera de realizarlos de una manera eficiente, con los recursos necesarios en esos momentos. Debido a esta necesidad y al crecimiento poblacional, ha existido un crecimiento proporcional de el nmero de habitantes Vs, satisfaccin de necesidades. De aqu en adelante inicia el crecimiento industrial, debido a esto, se ha visto la necesidad de construir mquinas que realizaran dichos trabajos para satisfacer las necesidades de la humanidad y es aqu donde surge el primer motor de combustible y luego, nace el motor elctrico que convierte la energa elctrica para realizar un trabajo mecnico.

El primer motor elctrico fue diseado para trabajar con corriente directa, llamndose as motor de CC, donde su funcionamiento bsico comprende de una parte fija (imanes permanentes) y una parte mvil (Inducido) que dependiendo de su configuracin, vara su velocidad y torque y la forma en que se comporta la corriente de arranque.

2. MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA

2.1 Funcionamiento bsico de un

motor DC.

En general, los motores de corriente directa son similares en su construccin a los generadores. De hecho podran describirse como generadores que funcionan al revs. Cuando la corriente pasa a travs de la armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas debido a la accin del campo magntico, y la armadura gira. La funcin del conmutador y la de las conexiones de las bobinas del campo de los motores es exactamente la misma que en los generadores. La revolucin de la armadura induce un voltaje en las bobinas de sta. Este voltaje es opuesto al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ah que se conozca como voltaje inducido o fuerza contra-electromotriz. Cuando el motor gira ms rpido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequea, y la velocidad del motor permanecer constante siempre que el motor no est bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecnico que no sea el requerido para mover la armadura. Bajo carga, la armadura gira ms lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en la armadura.

El motor elctrico es un dispositivo electromotriz, esto quiere decir que convierte la energa elctrica en energa motriz. Todos los motores disponen de un eje de salida para acoplar un engranaje, polea o mecanismo capaz de transmitir el movimiento creado por el motor.

Figura 1. Esquema bsico de un motor DC.

Un motor elctrico elemental DC tiene las siguientes partes:

El funcionamiento de un motor se basa en la accin de campos magnticos opuestos que hacen girar el rotor (eje interno) en direccin opuesta al estator (imn externo o bobina), con lo que si sujetamos por medio de soportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el eje de salida ser lo nico que gire.

El colector desempea un papel muy importante en el funcionamiento de un motor de c.c. y consiste en invertir el sentido de la corriente en la espira en el instante en que estn enfrentados los polos de nombre contrario. Esto hace que se invierta la polaridad del campo, con lo que hay repulsin en lugar de atraccin, y la espira contina girando. En la figura 2, se observa que el polo N del campo principal repele al polo N del campo del inducido.

Al completar media revolucin el colector invierte la corriente en el inducido, por lo tanto el sentido del campo del inducido se invierte. Esta inversin hace que el polo S del campo principal y del inducido se repelen de nuevo y contina as la rotacin.

Figura 2. Polos del motor dc donde se observa como el norte atrae al polo sur y el inducido gira de norte a sur obtenindose un voltaje en las escobillas o carbones.

En el inducido de varias espiras, se mantiene sobre l un par motor uniforme y continuo. Como las espiras estn prximas entre s, el campo resultante producido por le inducido permanece en la misma posicin, resultando por tanto en "campo magntico estacionario".

Teora de funcionamiento. La potencia absorbida de la red por un motor vara automticamente, para acomodarse a la carga mecnica. Inicialmente cuando el motor parte del reposo, el inducido tendr una corriente de Ia = Ea / Ra, debido a que la fcem Eb = 0. Cuando el

motor aumenta la velocidad, la fcem = Eba amentar tambin, por lo tanto, Ia = ( Ea - Eb) / Ra disminuye. El motor dejar de acelerar cuando la corriente haya descendido hasta un valor tal, que el par motor sea igual a la suma del par de rozamiento y del par de frenado ocasionado por la carga mecnica. Si la carga mecnica aumenta. La velocidad disminuye, la fcem tambin disminuye y la Ia aumenta.

Al aumentar la corriente, aumenta el par motor.

La velocidad del motor dejar de disminuir cuando el par motor se haga igual al par resistente. Si disminuye la carga, la velocidad aumenta, la fcem aumenta, la corriente la disminuye y el par motor disminuye. El motor dejar de acelerar cuando el par motor y resistente se igualen.

Donde:

Eb = f.c.e.m.

Ea = voltaje aplicado

Ia = corriente en el inducido

Ra = Resistencia del inducido y escobillas

2.2 Formulas bsicas.

Las formulas bsicas para el clculo de fuerza mecnica y potencia elctrica son:

a) Par motor = K Ia

b) hp = 2 x par motor x rpm/33000

c) Fem = K rpm.

d) 1 hp = 746w

Donde: K y son constantes que dependen de la construccin y del sistema de unidad adoptado.

3. TIPOS DE MOTORES DE CD/CC.

3.1 Motor Shunt paralelo.

En el motor de cd en paraleo shunt el inducido y el inductor se encuentran con una conexin en paralelo como se muestra en la siguiente figura:

Figura 3. Conexin de motor dc shunt o paralelo.

Dado que las siguientes ecuaciones:

1) If = Ea/Rf 2) Ia = (Ea - Eb)/Ra.

Inicialmente la fcem es cero, debido a que el inducido est en reposo, por lo tanto, la Ia = Ea / Ra que es de un valor elevado. Como la corriente es elevada, entonces el par motor tambin lo es, ya que par = K Ia.

Esto hace que aumente la velocidad, por consiguiente Eb aumenta. Al aumentar Eb disminuye el par motor que se hace constante cuando el motor adquiere finalmente una velocidad constante. Si se impidiese el giro del inducido, la corriente de arranque sera muy intensa, continuara circulando y quemara el inducido en poco tiempo. En la prctica los motores se protegen generalmente con fusibles que, al fundirse, abren el circuito antes de que se queme el inducido.

Como la corriente de arranque es elevada (varias veces el valor de la corriente

Nominal de carga) es necesario intercalar una resistencia Rs en serie para disminuir la corriente de arranque.

Esta resistencia se suprime paulatinamente cuando el motor adquiere velocidad. Representa la corriente con y sin el restato de arranque.

3.2 Motor DC en serie.

El motor serie se conecta a la red como se indica en la figura. El voltaje aplicado Ea es constante, mientras que el campo de excitacin aumenta con la carga,

puesto que la corriente Ia es la misma corriente de excitacin.

El par producido K Ia es directamente proporcional al flujo y a la corriente en el inducido. Como el tambin aumenta con Ia, entonces, el par motor es directamente proporcional al cuadrado de Ia.

Figura 4. Conexin serie motor dc.

3.3 Motor dc Coumpound.

Comparando las ventajas de los motores serie y shunt se encuentra que:

1) El motor shunt tiene una velocidad ms constante, pero

2) Un motor serie del mismo rgimen de capacidad puede ejercer un par mucho mayor, cuando sea necesario, sin aumentar terriblemente la corriente.

Estas dos caractersticas pueden obtenerse en un mismo motor colocando dos bobinados de campo: Uno en serie y otro shunt, en los polos del motor, y que se llamar motor compound. Las caractersticas de velocidad y par motor para un motor compound se dan en la siguiente figura.

Figura 5 conexin coumpound motor dc.

4. PROTOTIPO DE MOTOR ELECTRICO CASERO

4.1 Materiales:

* Alambre de Cobre

* Cinta adhesiva

* Palo de brochette

* 1 Corcho

* Tijeras

* Chapa metlica

* Pegamento

* Trozos de madera o cartn duro

* Martillo y Clavos

* Imn

* 2 Trozos de conductor elctrico

* Bateras

El dimetro del alambre de cobre no es de importancia, basta que el esmalte que lo recubre est en buen estado. La chapa metlica se puede sacar de una lata de desodorante, o un refresco; debe retirrsele bien la pintura que la recubre.

Si bien se recomienda una batera de 12 voltios, puede que funcione con un voltaje menor, dependiendo de la calidad con la que se fabrique.

4.2 Procedimiento:

Se toma el alambre y se enrolla en la mano, o sobre un objeto con forma ovalada. Con unas 30 o 40 vueltas estar bien. Tener cuidado que los dos extremos de la bobina queden para el mismo lado, y fijar con cinta adhesiva para evitar que ella se desarme. Clava el palo de brochete a travs de ella, teniendo cuidado que haya quedado equilibrado el sistema.

Ahora se corta un trozo de corcho, de aproximadamente 1.5 centmetros. Se cortan tambin dos trozos de chapa del mismo ancho, pero no debe ser totalmente rectangular, sino que en un extremo debe tener una saliente. Se pegan sobre el corcho, pero no deben pegarse las solapas.

Con la ayuda de unas las tijeras se hace un pequeo orificio en el centro del corcho, para poder atravesar el palo de brochete. Luego se procede a doblar la solapa de la chapa (la que no pegamos) y apretar con ella los extremos de la bobina.

La base es algo muy sencillo. Puede ser fabricada con unos trozos de madera clavados o incluso con cartn duro. Para hacer las escobillas, se pelan los extremos de los conductores se pegan opuestos de tal forma que toquen el

colector (chapas pegadas sobre el corcho). Por ltimo, se coloca el imn debajo de la bobina.

Para hacerlo funcionar como un motor elctrico de corriente continua deben ser conectados los extremos de los conductores que funcionan como escobillas, a los bornes de la batera.

Es importante recordar que para su correcto funcionamiento, es necesario tomar en cuenta lo siguiente referido al colector (corcho con las lminas pegadas) y las escobillas (conductores que tocan el colector). Dichas lminas no deben tener una longitud mayor a la mitad de la longitud de la circunferencia del corcho. Para decirlo de otro modo, una chapa debe cubrir menos de la mitad del corcho. Tambin es importante que ambas chapas estn separadas por algunos milmetros, no deben de tocarse cuando se pegan.

Por otro lado, es vital que colocar correctamente las escobillas. Las mismas deben estar opuestas, y si se traza una linea que una los dos puntos donde tocan al colector, sta lnea debe pasar tambin por el centro de l (colector).

Figura 6. Prototipo de motor DC a desarrollar en el presente trabajo de

investigacin.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Para construir este sencillo motor se usan muy pocos materiales, el principal es un alambre de cobre esmaltado (No 28 o cualquiera que se tenga a mano), el cual se lo enrolla sobre una forma cilndrica y se recomienda usar materiales reciclados.