Unidad 6-Maquinas Electricas_TERMINADO

7/23/2019 Unidad 6-Maquinas Electricas_TERMINADO

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INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA

2 4 D E S E P T I E M B R E , O A X A C A O A X A C A

CRUZ RIOS CARLOS

ESTEBAN CAMACHO

EMMANUEL

MARTINEZ MARTINEZ CITLALY

ROSALES BUSTAMANTE OSCAR


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NDICE

6. Motores especiales.

6.1 El motor monofsico de induccin 2

6.2 Elementos bsicos de los motores monofsicos. 4

6.3 Teora del doble campo giratorio. 7

6.4 Teora de los campos cruzados. 12

6. !rran"ue de los motores monofsicos de induccin. 1

6.6 #e$anados de fase partida. 1

6.7 !rran"ue por capacitor. 1%

6.& 'peracin continua por capacitor. 21

6.% (otor uni$ersal. 22

6.1) (otor de polos sombreados. 27

6.11 (otor de a$ance paso a paso. 3)


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2

6.12 *er$omotores. 36

6.13 (otores lineales. 3%

6.14 !plicacin de los motores especiales. 42

6.1 EL MOTOR MONOFSICO DE INDUCCIN.

'tro de los motores monofsicos comunes es la $ersin monofsica del motorinduccin. En la figura 6+1 se muestra un motor de induccin con rotor de la de

ardilla , estator monofsico.

Fig. 6-1._ Co!"#$%%i& '( $ )o"o# '( i'$%%i& )oo*+!i%o.

-os motores de induccin monofsicos sufren una se$era limitacin. uesto "ueslo /a, una fase en el de$anado del estator0 el campo magntico de un motor de


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induccin monofsico no gira. En cambio0 oscila0 es decir0 primero se engrana ,luego se reduce0 pero siempre mantiene la misma direccin. uesto no /a, campomagntico del estator giratorio0 un motor de induccin monofsico no tiene par dearran"ue.

Este /ec/o es fcil de $er si se eamina un motor cu,o rotor es estacionario0 fluodel estator de la m"uina primero se incrementa , luego disminu,e0 paro siempreapunta en la misma direccin. uesto "ue el campo magntico del estator no gira0no /a, mo$imiento relati$o entre el campo del estator , las del rotor. or lo tanto0no /a, $oltae inducido debido al mo$imiento relati$o del rotor0 no /a, fluo decorriente del rotor debido al mo$imiento relati$o , no /a, par inducido. En realidad0

se induce un $oltae en las barras del rotor medio de la accin transformadora (

d

dt ), puesto "u las barras estn en cortocircuito0 la corriente flu,e en el rotor.

*in embargo0 este campo magntico est alineado con el campo magntico delestator , no produce ningn par neto en el rotor0

ind=k B

rx B

s

k B rBs sen Ec. 56.1

k B r B s sen1800

=0

omo el rotor est detenido0 el motor parece un transformador con un de$anadosecundario en cortocircuito 5$ase la figura 6+2.


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Fig. 6-2._ Mo"o# '( i'$%%i& )oo*+!i%o ( %o'i%io(! '( ##$(.

!l principio0 el /ec/o de "ue los motores de induccin monofsicos no tu$ieran unpar de arran"ue intrnseco era un serio impedimento para desarrollar un motor deinduccin. uando se comenzaron a perfeccionar los motores induccin a finalesde la dcada de 1&&) , a principios de la siguiente0 los primeros sistemas depotencia de ca disponibles eran monofsicos de 133 8z. con los materiales ,tcnicas disponibles en ese entonces era imposible construir motor "ue funcionarade manera adecuada. El motor de induccin no se con$irti en un productofuncional listo para utilizarse /asta "ue se desarrollaron sistemas de potenciatrifsicos de 2 8z a mediados de la dcada de 1&%).

*in embargo0 una $ez motor comenzaba a girar0 se produca un par inducido en l.8a, dos teoras bsicas "ue eplican por "u se produce un par en el rotor una

$ez "ue comienza a girar. 9na se llama teora del doble campo giratorio de losmotores de induccin monofsicos , la otra se llama teora campo cruzado de losmotores de induccin monofsicos las cuales se desarrollaran ms adelante.


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/

6.2 ELEMENTOS BSICOS DE LOS MOTORES

MONOFSICOS.

Estator

El estator es el elemento "ue opera como base0 permitiendo "ue desde ese puntose lle$e a cabo la rotacin del motor. El estator no se mue$e mecnicamente0 perosi magnticamente. Eisten dos tipos de estatores.

a Estator de polos salientes.

b Estator rasurado.

Fig. 6-._ Ti0o! '( (!""o#(!.El estator est constituido principalmente de un conunto de lminas de aceroalsilicio 5:pa"uete:0 "ue tienen la /abilidad de permitir "ue pase a tra$s de ellas elfluo magntico con facilidad; la parte metlica del estator , los de$anados pro$een

los polos magnticos.-os polos de un motor siempre son pares 5pueden ser 20 40 60 &0 1)0 etc.00 por elloel mnimo de polos "ue puede tener un motor para funcionar es dos 5un norte , unsur.

Rotor
http://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fahttp://www.monografias.com/trabajos10/hidra/hidra.shtml#fa


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El rotor es el elemento de transferencia mecnica0 ,a "ue de l depende lacon$ersin de energa elctrica a mecnica. -os rotores0 son un conunto delminas de acero al silicio "ue forman un pa"uete0 , pueden ser bsicamente de

tres tipos 5figura 6+4.

a


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Carcasa

-a carcasa es la parte "ue protege , cubre al estator , al rotor0 el materialempleado para su fabricacin depende del tipo de motor0 de su dise=o, suaplicacin. !s pues0 la carcasa puede ser>

a Totalmente cerrada

b !bierta

c ! prueba de goteo

d ! prueba de eplosiones

e #e tipo sumergible

Base

-a base es el elemento en donde se soporta toda la fuerzamecnica de operacindel motor0 puede ser de dos tipos>

a ?ase frontal

b ?ase lateral
http://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml


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Caja de conexiones

or lo general0 en la ma,ora de los casos los motoreselctricos cuentan con caade coneiones. -a caa de coneiones es un elemento "ue protege a losconductores "ue alimentan al motor0 resguardndolos de la operacin mecnicadel mismo0 , contra cual"uier elemento "ue pudiera da=arlos.

Tapas

*on los elementos "ue $an a sostener en la gran ma,ora de los casos a loscoinetes o rodamientos "ue soportan la accindel rotor.

Cojinetes

Tambin conocidos como rodamientos0 contribu,en a la ptima operacin de laspartes giratorias del motor.*e utilizan para sostener , fiar ees mecnicos0 , parareducir la friccin0 lo "ue contribu,e a lograr "ue se consuma menos potencia.
http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/categoria-accion/categoria-accion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/categoria-accion/categoria-accion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtml


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Fig. 6-/._ Coi("(!.

6.3 TEORA DEL DOBLE CAMPO GIRATORIO.

?sicamente0 la teora del doble campo giratorio de los motores de induccinmonofsicos sostiene "ue un campo magntico oscilatorio estacionario se puede

separar en dos campos magnticos giratorios de igual magnitud0 pero "ue giran endirecciones opuestas. El motor de induccin responde por separado a cada campomagntico , el par neto en la m"uina ser igual a la suma de los pares de cadauno de los dos campos magnticos.

-a figura 6+6 muestra la forma en "ue un campo magntico oscilatorio estacionariose puede di$idir en dos campos magnticos iguales "ue giran en direccionescontrarias. -a densidad de fluo del campo magntico estacionario est dada por

BS( t)=(Bmaxcoswt)j Ec. 56.2

9n campo magntico "ue gira en el sentido de las manecillas del relo 5*(


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@ un campo magntico "ue gira en el sentido contrario a las manecillas del relo5*(


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induccin monofsico responde a cada uno de los dos campos magnticos "ueestn presentes en l0 por lo "ue el par inducido neto en el motor es igual a ladiferencia entre las dos cur$as par+$elocidad. En la figura 6+7 b se ilustra este parneto. Atese "ue no /a, ningn par neto a $elocidad cero0 por lo "ue el motor notiene par de arran"ue.

-a caracterstica par+$elocidad "ue se aprecia en la figura 6+7 b no es unadescripcin eacta del par de un motor monofsico. *e form por medio de lasuperposicin de dos caractersticas trifsicas , se despreci el /ec/o de "ueambos campos magnticos estn presentes simultneamente en un motormonofsico.

Fig. 6-._ ; %#%"(#


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Fig.6-._ L %#%"(#


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Fig. 6-3._ C$'o (7 #o"o# '(7 )o"o# (! *o#?'o gi## >%i "#+!, (7 +g$7o@ 9@("#( DR DS !( %(#% 15 g#'o!.

or otro lado0 en un motor monofsico los dos campos magnticos estnpresentes , los produce la misma corriente. !mbos campos magnticos del motor

contribu,en con un componente del $oltae total del estator ,0 en cierto sentido0estn en serie entre ellos. uesto "ue ambos campos magnticos estnpresentes0 el "ue gira /acia adelante 5"ue tiene una resistencia del rotor efecti$a


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Fig. 6-15._ C#%"(#

onsidrese un motor monofsico de induccin cu,o rotor se /a puesto enmarc/a por algn medio eterno. En las barras del rotor se inducen $oltaes cu,o

$alor pico ocurre en los de$anados "ue pasan directamente bao los de$anadosdel estator. Estos $oltaes rotricos producen un fluo de corriente en el rotor pero0debido a la alta reactancia de ste0 la corriente atrasa al $oltae en casi %)B.uesto "ue el rotor gira cerca de la $elocidad sincrnica0 esos %)B de atraso en lacorriente producen un desplazamiento angular de casi %)BD entre el plano del$oltae pico del rotor , el plano de la corriente pico. En la figura 6+11b se muestrael campo magntico resultante del rotor.

El campo magntico del rotor es un tanto menor "ue el del estator debido a lasprdidas en el rotor0 difieren cerca de %)B tanto en espacio como en tiempo. *i sesuman en diferentes tiempos estos dos campos magnticos0 se obser$a "ue elcampo magntico total en el motor est rotando en direccin contraria a lasmanecillas del relo 5figura 6+11. on un campo magntico rotacional presente enel motor de induccin0 este desarrollar un par neto en la direccin del mo$imiento, ese par mantendr girando al motor.


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1/

Fig. 6-11 ; D(!##o77o '(7 0# i'$%i'o ( $ )o"o# )oo*+!i%o '( i'$%%i&'(!'( (7 0$"o '( :i!" '( 7 "(o#


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Fig. 6-12 =; (%"o# !$) '( 7o! %)0o! )g"i%o! '(7 #o"o# 9 (7 (!""o# 0#:#io! "i()0o!, $( )$(!"# $ %)0o )g"i%o ("o $( #o" ( 'i#(%%i&

%o"##i 7! )(%i77! '(7 #(7o.

*i el rotor del motor /ubiera estado girando originalmente en direccin de lasmanecillas del relo0 el par resultante tendra esa misma direccin , mantendra0 denue$o0 girando el rotor.


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6.5 ARRANQUE DE LOS MOTORES DEMONOFSICOS DE INDUCCIN

9n motor monofsico de induccin no tiene par de arran"ue intrnseco. Eistentres tcnicas para arrancar estos motores monofsicos de induccin0 "ue seclasifican de acuerdo con los mtodos utilizados para producir su par de arran"ue.Estas tcnicas de arran"ue difieren en el costo , en la cantidad de par producido;un ingeniero utiliza la tcnica menos costosa "ue cumpla los re"uerimientos depar en una aplicacin dada. -as tres principales tcnicas son>

1. #e$anados de fase partida.2. #e$anados con capacitor.

3. olos estatricos sombreados.

Estas tres tcnicas de arran"ue son mtodos para lograr "ue uno de los doscampos magnticos giratorios sea ms fuerte "ue el otro en el motor ,0 enconsecuencia0 dar a ste un :apo,o: inicial en una u otra direccin.

6.6 DEVANADOS DE FASE PARTIDA

9n motor de fase partida es un motor de induccin monofsico de dos de$anadosestatricos0 uno principal 5M , otro auiliar 5A 5figura 1)+13. Estos dosde$anados estn separados %)B elctricos sobre el estator del motor; el de$anadoauiliar est dise=ado para ser desconectado del circuito0 a cierta $elocidad dada0mediante un interruptor centrifugo. El de$anado auiliar se dise=a con una relacinresistenciaCreactancia ma,or "ue la del de$anado principal de modo "ue lacorriente en el de$anado auiliar adelanta a la corriente del de$anado principal. Engeneral0 esta relacin RIXms alta se logra utilizando /ilo conductor menor parael de$anado auiliar. Este /ilo conductor menor es permitido en el de$anadoauiliar puesto "ue tan slo es utilizado para el arran"ue ,0 por tanto0 no debeconducir continuamente la corriente plena.

ara entender la funcin del de$anado auiliar0 remtase a la figura 1)+14. uesto"ue la corriente en el de$anado auiliar adelanta a la corriente del de$anadoprincipal0 el campo magntico ?!alcanza su mimo $alor antes "ue el campomagntico principal ?(. #ado "ue ?!llega a su $alor pico primero "ue ? (0 en el


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campo magntico /a, una rotacin neta en sentido opuesto a las manecillas delrelo. Es decir0 el de$anado auiliar logra "ue uno de los campos magnticosestatricos rotacionales opuestos sea ma,or "ue el otro , pro$ee un par dearran"ue neto para el motor. En la figura 6+14c se muestra una caracterstica tpicapar+$elocidad.

Fig. 6-1 ; Mo"o# '( i'$%%i& '( *!( 0#"i', =; Co##i("(! ( (7 )o"o# (%o'i%io(! '( ##$(.

-a figura 6+1 muestra un diagrama del corte de un motor de fase partida. Es fcilobser$ar los de$anados principal , auiliar , el interruptor centrfugo "uedesconecta del circuito los de$anados auiliares cuando el motor se aproima a su$elocidad de operacin.

-os motores de fase partida tienen un par de arran"ue moderado ustamente conbaa corriente de arran"ue , se utilizan para aplicaciones en las cuales no se

re"uieren mu, altos pares de arran"ue0 tales como $entiladores0 sopladores ,bombas centrfugas. *e encuentran disponibles tama=os de fraccin de caballo depotencia , son bastante baratos.

En un motor de induccin de fase partida0 la corriente en el de$anado auiliaralcanza siempre su $alor mimo antes "ue la corriente en el de$anado principal,0 por tanto0 el campo magntico del de$anado auiliar alcanza siempre su


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mimo antes "ue el del de$anado principal. -a direccin de rotacin del motorest determinada por el /ec/o de "ue el ngulo espacial del campo magntico delde$anado auiliar est %)B adelante o %)B atrs del ngulo del de$anado principal.uesto "ue ese ngulo puede $ariar de %)B adelante a %)B atrs conmutando lasconeiones del de$anado auiliar0 la direccin de rotacin del motor puede

in$ertirse al in$ertir las coneiones del de$anado auiliar mientras permanecen sinmodificar las coneiones del de$anado principal.

Fig. 6-14 ; R(7%i& ("#( 7o! %)0o! )g"i%o! 0#i%i07 9 $i7i#

Fig. 6-14 =; IA 7%? !$ :7o# )


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Fig. 6-14 %; C#%"(#


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6.7 MOTORES DE ARRANQUE POR CAPACITOR

omo medio de meorar el par relati$amente bao del motor de fase partida se

agrega un capacitor al de$anado auiliar para producir una relacin casi real de

%)B entre las corrientes delos de$anados de arran"ue , de marc/a0 en lugar de

aproimadamente 2B 5figura b0 ele$ando el par de arran"ue a los lmites

normales del par nominal. -a figura muestra el diagrama de coneiones del motor

de arran"ue por capacitor0 cu,a diferencia implica la adicin de un capacitor en el

de$anado auiliar. *e puede ad$ertir tambin a partir de la figura caracterstica

par+$elocidad0 el meoramiento del tor"ue de partida debido a la inclusin del

capacitor. #ebido a su ma,or par de arran"ue0 "ue es de 3. a 4. $eces el par

nominal0 , a su reducida corriente de arran"ue para la misma potencia al instante

del arran"ue

Estos motores monofsicos de corriente alterna cu,o rango $a de fracciones de

8 /asta 1 80 se usan ampliamente con muc/as aplicaciones de tipo

monofsico tales como accionamiento a m"uinas , /erramientas como pueden

ser taladros0 pulidoras0 motobombas0 etc. Este motor es similar en su construccin

al de fase partida0 ecepto "ue se conecta un capacitor en serie con su de$anado

de arran"ue.

-os motores de arran"ue con capacitor estn e"uipados tambin como los de fase

partida0 con de$anado de trabao , arran"ue0 pero el motor tiene un condensador

5capacitor0 "ue permite tener ma,or par de arran"ue .El capacitor se conecta en

serie con el de$anado de arran"ue , el sitc/ o interruptor centrfugo.


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Fig. 6-16 'ig#) '( %o(io(! '(7 )o"o# '( ##$( 0o# %0%i"o#

Motor con capacitor en marcha

Este tipo de motor tiene dos de$anados permanentes "ue0 en general0 se arrollan

con alambre de un mismo dimetro , el mismo nmero de $uelta0 es decir0 los

de$anados son idnticos.

@a "ue trabaa en forma continua como motor de arran"ue por capacitor no se

necesita interruptor centrifugo. -os motores de este tipo arrancan , trabaan en$irtud de la descomposicin de la fase de cuadratura "ue producen los dos

de$anados idnticos desplazados en tiempo , espacio. En consecuencia0 no tiene

el alto par de marc/a normal "ue producen los motores ,a sea de arran"ue por

capacitor o de arran"ue por resistencia.


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6.8 OPERACIN CONTINUA POR CAPACITOR

El capacitor "ue se usa se dise=a para el ser$icio continuo , es del tipo de ba=o

de aceite. El $alor del capacitor se basa ms en su caracterstica de marc/a

ptima "ue en la de arran"ue. !l instante de arran"ue0 la corriente en la rama

capaciti$a es mu, baa. El resultado es "ue estos motores0 a diferencia de los de

arran"ue por capacitor0 tienen par de arran"ue mu, deficiente0 de entre ) a 1))

por ciento del par nominal0 dependiendo de la resistencia del rotor. Este tipo de

motor se presta al control de $elocidad.

En este tipo de motor el condensador del bobinado auiliar permanece conectado

todo el Tiempo. Esto simplifica en construccin , reduce el costo ,a "ue no es

necesario el sitc/ entrfugo adems el factor de potencia0 tor"ue , eficiencia

resultan meorados ,a "ue el (otor opera como motor bifsico. -a operacin

continua del condensador re"uiere ciertas aractersticas constructi$as , se debe

comprometer el tor"ue de partida frente al tor"ue.

Fig. 6-1 Ci#%$i"o '( o0(#%i& %o"i8 0o# %0%i"o#.

or $ariacin del $oltae de suministro. *e usan di$ersos mtodos para austar el

$oltae aplicado al estator , producir el control deseado de $elocidad0 como

transformadores con $arias salidas0 $arias0 potencimetros , resistencias o

reactores con $arias salidas.


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#ebido a su funcionamiento uniforme , a la posibilidad de controlar la $elocidad0

las aplicaciones de este motor pueden ser $entiladores de toma , descarga en

m"uinas de oficina0 unidades de calefaccin o aire acondicionado.

Fig. 6-1 Ci#%$i"o '( *$%io)i("o '( 7 o0(#%i& 0o# %0%i"o#.

6.9 MOTOR UNIVERSAL

-os motores uni$ersales son motores en serie de potencia fraccional0 de corriente

alterna0 dise=ados especialmente para usarse en potencia ,a sea de corriente

continua o de corriente alterna.


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reactancia de armadura. omo resultado0 los motores inferiores a 3C& de caballo

de fuerza generalmente se constru,en sin compensacin. El costo de los motores

uni$ersales no compensados es relati$amente bao por lo "ue su aplicacin es

mu, comn en aparatos domsticos ligeros0 por eemplo> aspiradoras0 taladros de

mano0 licuadoras0 etc. El motor uni$ersal es sin duda0 el ms utilizado en la

industria del electrodomstico. *u nombre deri$a del /ec/o de "ue puede

funcionar tanto en corriente alterna como en corriente continua. ara "ue un motor

de este tipo pueda funcionar con a.c. es necesario "ue el empilado de su inductor

5el ncleo de los electroimanes sea de c/apa magntica para e$itar las corrientes

de Foucault. or otra parte0 la conmutacin resulta en los motores uni$ersales "ue

en los de corriente continua0 por lo "ue la $ida de las escobillas , el colector es

ms corta0 incon$eniente "ue reduce muc/o el campo de aplicacin de losmotores uni$ersales.

-os motores uni$ersales grandes tienen algn tipo de compensacin.

Aormalmente se trata del de$anado compensador del motor serie o un de$anado

de campo distribuido especialmente para contrarrestar los problemas de la

reaccin de armadura.

*u es"uema de coneiones , sus caractersticas de funcionamiento corresponden

a las de un motor serie.

El estator de los motores uni$ersales "ue se utilizan en electrodomsticos 5,

tambin para otros ser$icios suele ser bipolar0 con dos bobinas inductoras.

-a parte ms delicada , de construccin ms laboriosa de estos motores es el

rotor o inducido. Acleo0 bobinados0 colector , ee re"uieren una construccin mu,

cuidada. En general0 los motores uni$ersales para electrodomsticos estn

calculados para girar a altas $elocidades; , como los entre/ierros son pe"ue=os0cual"uier descentramiento o dese"uilibrio eistente en el conunto rotor produce

$ibraciones "ue pueden perturbar el funcionamiento , da=ar seriamente el motor.

Estos motores se someten a una operacin de e"uilibrado "ue se efecta con

complicados instrumentos electrnicos.


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El ee0 "ue gira a gran $elocidad0 debe sustentarse en rodamientos de bolas o

sobre cas"uillos de bronce poroso autolubricantes.

-a $elocidad de estos motores depende de la carga> a ms carga0 menos

$elocidad , $ice$ersa. Esta propiedad , el poseer un ele$ado par de arran"ue sonlo ms caracterstico de los motores uni$ersales.

El motor uni$ersal se denomina as por ser el nico motor "ue puede conectarse

tanto a corriente alterna como a corriente continua.uando el motor uni$ersal se

conecta a la corriente continua con una carga constante0 la $elocidad , la potencia

aumentan proporcionalmente con el $oltae aplicado.

uando este motor se conecta a la corriente alterna con carga constante0 la

$elocidad , la potencia aumentan proporcionalmente con el $oltae aplicado a

partir de los 3))) r.p.m. 5re$oluciones por minuto.

Aplicaciones de los motores universales

El motor uni$ersal tiene la caracterstica par+$elocidad descendente0 fuertemente

empinada de un motor dc serie0 de modo "ue no es adecuado para aplicaciones

de $elocidad constante. *in embargo0 por ser compacto , dar ms par por amperio"ue cual"uier otro motor monofsico0 se utiliza en aplicaciones donde se re"uieren

un peso ligero , alto par.

!plicaciones tpicas de este motor son las aspiradoras elctricas0 los taladros , las

/erramientas manuales similares0 as como los utensilios de cocina.

Fig. 6-13 Ci#%$i"o ($i:7("( '( $ )o"o# $i:(#!7.


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2

Fig. 6-25 Co)0#%i& '( 7 %#%"(#

%$'o o0(# %o(%"'o *$("(! % 9 '%.

Control de velocidad en los motores universales

En la figura se muestra una tpica caracterstica par+$elocidad de un motor

uni$ersal. Esta caracterstica difiere de la caracterstica par+$elocidad de la misma

m"uina "ue opera conectada a una fuente dc por las 2 siguientes razones>

-os de$anados del inducido , de campo tienen reactancia bastante grande a ) o

6) 8z. 9na parte significati$a del $oltae de entrada cae a tra$s de estas

reactancias; por tanto0 E! es menor para un $oltae de entrada dado durante la

operacin a.c. "ue durante la operacin dc. uesto "ue EA=k para una

corriente del inducido , un par inducido dados0 el motor es ms lento en corriente

alterna "ue en corriente continua.


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2

Fig. 6-21 E*(%"o '( %)=i# (7 :o7"( ( 7! "(#)i7(! !o=#( 7 %#%"(#

Fig. 6-22 E()07o '( %i#%$i"o! '( %o"#o7 '( :(7o%i'' '( )o"o# $i:(#!7. A; D()('i o' =; D( o' %o)07(".


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23

Fig. 6-2 Co!"#$%%i& '( $ )o"o# )oo*+!i%o '( i'$%%i&. E7 )o"o# (! ig$77 '( $ )o"o# "#i*+!i%o '( i'$%%i&, 0(#o (7 (!""o# "i(( 8i%)("( $ !o7

*!( 'i!"#i=$i'.

6.10 MOTOR DE POLOS SOMREADOS

9n motor de induccin de polos sombreados es a"uel "ue slo tiene el de$anado

principal. En lugar de tener de$anado auiliar0 tiene polos salientes0 , una parte de

cada polo est en$uelta por una bobina cortocircuitada llamada bobina de

sombreo 5$ase figura 6.24a. 9n fluo $ariable con el tiempo se induce en los

polos debido al de$anado principal. uando el fluo del polo $ara0 induce un

$oltae , una corriente en la bobina de sombreo0 las cuales se oponen al cambio

del fluo original. Esta oposicin retarda los cambios de fluo bao las partes

sombreadas de las bobinas , produce entonces un ligero dese"uilibrio entre los

dos campos magnticos rotacionales opositores del estator. -a rotacin neta se

dirige desde la parte de la cara polar no sombreada /acia la sombreada. En la


31/47

5

figura 6.24b se muestra la caracterstica par+$elocidad de un motor de polos

sombreados.

Fig. 6.24. ; Mo"o# i'$%%i& =+!i%o '( 0o7o! !o)=#('o. =; C#%"(#

otro tipo de arran"ue de motores de induccin. Gstos son muc/o menos eficientes

, tienen ma,or deslizamiento "ue otros tipos de motores de induccin

monofsicos. Tales polos se utilizan slo en motores mu, pe"ue=os 5de menos de

1 C2) /p0 con re"uerimientos de par de arran"ue mu, baos. #onde sea posible

utilizarlos0 los motores de polos sombreados son el dise=o disponible ms barato.

uesto "ue los motores de polo sombreado cuentan con una bobina de sombreo

para su par de arran"ue0 no /a, manera fcil de in$ertir la direccin de rotacin de

tales motores. ara lle$ar a cabo la in$ersin0 es necesario instalar dos bobinas de

sombreo en cada cara polar , cortar selecti$amente una de ellas 5$ase las figuras

6.2 , 6.26.


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1

Fig. 6.2/. i!" ( %o#"( '( $ )o"o# '( i'$%%i& '( 0o7o !o)=#('o.


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2

Fig. 6.26. i!" '( 0#i)(# 07o '( 7 %o!"#$%%i& '( $ )o"o# '( i'$%%i& '(0o7o !o)=#('o '( %$"#o 0o7o!.

6.11 MOTOR DE AVANCE PASO A PASO

9n motor de a$ance paso a paso es un tipo especial de motor sincrnico dise=ado

para girar un nmero especfico de grados por cada pulso elctrico recibido de su

unidad de control asos tpicos sor 7. 1H por pulso. Estos motores son

utilizados en muc/os sistemas de control en los cuales regulan la posicin del ee

u otra pieza de una m"uina.

En la figura 6.27 se muestra un motor sencillo de a$ance paso a paso , su

correspondiente unidad de control. ura entender la operacin de este motor0

eamnese la figura 6.2&0 "ue muestra un estator bipolar trifsico con un rotor de

imn permanente. *i se aplica un $oltae de a la fase a del estator , no se aplico


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$oltae a Ias fases b , c0 entonces ser inducido un par en el rotor0 el cual lo

alinear con el campo magntico del estator ? como muestra la figura 6.2&b.

*upngase "ue se desconecta la fase a , "ue se aplica un $oltae de negati$o a la

fase c. El nue$o campo magntico del estator rota 6)B con respecto a la posicin

anterior , el rotor del motor sigue girando alrededor de ese campo. ontinuando

este modelo0 es posible construir una tabla "ue muestre la posicin del rotor como

funcin del $oltae aplicado al estator del motor. *i el $oltae producido por la

unidad de control cambia con cada pulso de entrada en el orden mostrado en la

tabla 1)+10 el motor de a$ance paso a paso a$anza 6)B con cada pulso.


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4

Fig. 6.2. ; Mo"o# !(%i77o '( :%( 0!o 0!o 9 !$ $i'' '( %o"#o7!o%i'. L! ("#'! 7 $i'' '( %o"#o7 %o!" '( $ *$("( '(0o"(%i '( 9 $ !(7 '( %o"#o7 *o#)' 0o# $ "#( '( 0$7!o!, =; Di=$o '(7:o7"( '( !7i' '( 7 $i'' '( %o"#o7 %$'o 7 ("#' (! $ !(#i( '(0$7!o! '( %o"#o7, %; T=7 $( )$(!"# (7 :o7"( '( !7i' '( 7 $i'' '(%o"#o7 %o)o *$%i& '(7 8)(#o '(7 0$7!o.


36/47

/

Fig. 6.2. O0(#%i& '( $ )o"o# '( :%( 0!o 0!o, ; S( 07i% $ :o7"( 7 *!( '(7 (!""o#, 7o $( o%!io $ H$o '( %o##i("( ( 7 *!( 9

0#o'$%( $ %)0o )g"i%o ( (7 (!""o# B s , L i"(#%%i& ("#( BG 9

Bs 0#o'$%( $ 0# !o=#( (7 #o"o# ( !("i'o %o"##io 7! )(%i77! '(7

#(7o, =; C$'o (7 #o"o# !( 7i( %o (7 %)0o )g"i%o '(7 (!""o#, (7 0#("o %( %(#o, #; S( 07i% $ :o7"( - 7 *!( % '(7 (!""o#, 7o $(o%!io $ H$o '( %o##i("( ( 7 *!( # 9 0#o'$%( $ %)0o )g"i%o ( (7

(!""o# B s . L i"(#%%i& '( 9 0#o'$%( $ 0# !o=#( (7 #o"o# ( !("i'o

o0$(!"o 7! )(%i77! '(7 #(7o, (7 %$7 o=7ig $( (7 #o"o# !( 7i(( %o 7$(: 0o!i%i& '(7 %)0o )g"i%o.

Es fcil construir un motor de a$ance paso a paso con tama=o de paso ms fino0

aumentando el nmero de polos del motor. El nmero de grados mecnicos

correspondientes a un numero dado de grados elctricos es>


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6

w=

2

P

e 56+1

uesto "ue cada paso en la tabla 6+1 corresponde a 6) grados elctricos0 el

nmero de grados mecnicos mo$ido por paso disminu,e con el aumento en el

nmero de polos. or eemplo0 si el motor de a$ance paso a paso tiene oc/o

polos0 entonces el ngulo mecnico del ee del motor cambiar 1H por paso.

-a $elocidad del motor de a$ance paso a paso puede ser relacionada con el

nmero de pulsos en su unidad de control0 por unidad de tiempo0 utilizando la

ecuacin 56+1. -a ecuacin 56+1 da el ngulo mecnico de un motor de a$ance

paso a paso en funcin del ngulo elctrico. *i se deri$an ambos lados de esta

ecuacin con respecto al tiempo0 entonces se tiene una relacin entre las

$elocidades elctricas , rotacional mecnica del motor.

wm=2

Pw e(62a)

J

nm=2

Pne(62b)

uesto "ue /a, seis pulsos de entrada por re$olucin elctrica0 la relacin entre la

$elocidad del motor en re$oluciones por minuto , el nmero de pulsos por minuto

es>


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nm= 1

3Pnpulsos(63)

#onde npulsos es el nmero de pulsos por minuto.

Eisten dos tipos bsicos de motores de a$ance paso a paso0 diferentes

nicamente en la construccin deK rotor> el de imn permanente , el de

reluctancia. El motor de a$ance paso a paso de imn permanente tiene rotor de

imn permanente0 mientras "ue el de reluctancia tiene rotor ferromagntico "ue no

es imn permanente 5el rotor del motor de reluctancia descrito pre$iamente en

esta seccin es del tipo de reluctancia. El motor de a$ance paso a paso de imn

permanente puede producir ms par "ue el de reluctancia puesto "ue el par del

primero pro$iene tanto del campo magntico del imn permanente del rotor como

de los efectos de reluctancia.

-os motores de a$ance paso a paso0 tipo reluctancia0 con frecuencia se fabricancon de$anado estatrico de cuatro fases en lugar del de$anado trifsico descrito

antes. 9n de$anado estatrico de cuatro fases reduce los pasos entre pulsos de

6) grados elctricos a 4 grados elctricos. omo ,a se mencion0 en un motor de

reluctancia0 el par $ara con el senil tal "ue el par de reluctancia entre pasos ser

mimo para un ngulo de 4B. or consiguiente0 un motor de a$ance paso a paso

tipo reluctancia puede producir ms par con un de$anado estatrico de cuatro

fases "ue con uno de tres fases.

Tabla 6+1.


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-os motores de a$ance paso a paso son mu, comunes en sistemas de control ,

posicionamiento puesto "ue el computador "ue controla puede saber con

eactitud tanto la $elocidad como la posicin del motor de a$ance paso a paso sin

re"uerir informacin de realimentacin desde el ee del motor. or eemplo0 si un

sistema de control en$a 12)) pulsos por minuto al motor bipolar de a$ance paso

a paso mostrado en la figura 6.270 entonces la $elocidad del motor ser

eactamente>

nm= 1

3Pnpulsos

1

3 (2polos)(1200pulsos

min)=200 r /min

!dems0 si se conoce la posicin inicial del ee0 el computador puede determinarcon eactitud el ngulo del ee del rotor para cual"uier tiempo posterior0 contando

simplemente el nmero total de pulsos en$iados a la unidad de control del motor.


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3

6.1! SERVOMOTOR

9n *er$o es un dispositi$o pe"ue=o "ue tiene un ee de rendimiento controlado.

Este puede ser lle$ado a posiciones angulares especficas al en$iar una se=al

codificada. on tal de "ue una se=al codificada eista en la lnea de entrada0 el

ser$o mantendr la posicin angular del engranae. uando la se=al a codificada

cambia0 la posicin angular de los pi=ones cambia. En la prctica0 se usan ser$os

para posicionar superficies de control como el mo$imiento de palancas0 pe"ue=os

ascensores , timones. Ellos tambin se usan en radio control0 tteres0 , por

supuesto0 en robots.

-os *er$os son sumamente tiles en robtica. -os motores son pe"ue=os0 cuando

usted obser$a la foto de arriba0 tiene internamente una circuitera de control

interna , es sumamente poderoso para su tama=o. 9n ser$o normal o *tandard

como el 8*+3)) de 8itec tiene 42 onzas por pulgada o meor 3Lg por cm. de

tor"ue "ue es bastante fuerte para su tama=o. Tambin potencia proporcional para

cargas mecnicas. 9n ser$o0 por consiguiente0 no consume muc/a energa. *e

muestra la composicin interna de un ser$o motor en el cuadro de abao. odr

obser$ar la circuitera de control0 el motor0 un uego de pi=ones0 , la caa. Tambin

puede $er los 3 alambres de conein eterna. 9no es para alimentacin Mcc

5N$olts0 conein a tierra OA# , el alambre

blanco es el alambre de control.

Fig. 6.23. S(#:o)o"o# '(!)o"'o.

El motor del ser$o tiene algunos circuitos de

control , un potencimetro 5una resistencia $ariable esta es conectada al ee

central del ser$o motor. En la figura se puede obser$ar al lado derec/o del circuito.

Este potencimetro permite a la circuitera de control0 super$isar el ngulo actual


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45

del ser$o motor. *i el ee est en el ngulo correcto0 entonces el motor est

apagado. *i el circuito c/e"uea "ue el ngulo no es el correcto0 el motor girar en

la direccin adecuada /asta llegar al ngulo correcto. El ee del ser$o es capaz de

llegar alrededor de los 1&) grados. Aormalmente0 en algunos llega a los 21)

grados0 pero $ara segn el fabricante. 9n ser$o normal se usa para controlar un

mo$imiento angular de entre ) , 1&) grados. 9n ser$o normal no es

mecnicamente capaz de retornar a su lugar0 si /a, un ma,or peso "ue el

sugerido por las especificaciones del fabricante.

-a cantidad de $oltae aplicado al motor es proporcional a la distancia "ue ste

necesita $iaar. !s0 si el ee necesita regresar una distancia grande0 el motor

regresar a toda $elocidad. *i este necesita regresar slo una pe"ue=a cantidad0

el motor correr a una $elocidad ms lenta. ! esto se le llama control proporcional.

El cable de control se usa para comunicar el ngulo. El ngulo est determinado

por la duracin de un pulso "ue se aplica al alambre de control. ! esto se le llama

( (odulacin codificada de ulsos. El ser$o espera $er un pulso cada 2)

milisegundos 5.)2 segundos. -a longitud del pulso determinar los giros de motor.

9n pulso de 1. ms.0 por eemplo0 /ar "ue el motor se torne a la posicin de %)

grados 5llamado la posicin neutra. *i el pulso es menor de 1. ms.0 entonces el

motor se acercar a los ) grados. *i el pulso es ma,or de 1.ms0 el ee se

acercar a los 1&) grados.


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Fig. 6.5. R(7%i& '( '$#%i& '(7 0$7!o 9 (7 +g$7o '(7 (( '( $ !(#:o)o"o#.

omo se obser$a en la figura 6.3)0 la duracin del pulso indica o dictamina el

ngulo del ee 5mostrado como un crculo $erde con flec/a. Atese "ue las

ilustraciones , los tiempos reales dependen del fabricante de motor. El principio0

sin embargo0 es el mismo.

6.1" MOTORES LINEALES

9n motor de induccin lineal es un tipo de motor asncrono0 en el "ue se /a

sustituido el mo$imiento de rotacin de la m"uina por uno de traslacin0 lo cual0le confiere unas peculiares caractersticas "ue lo /acen aplicable a una di$ersidad

de casos prcticos.

9n motor de induccin lineal es un motor elctrico"ue posee su estator, su

rotor:distribuidos: de forma tal "ue en $ez de producir un tor"ue5rotacin produce
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1torhttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1torhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rotor_(m%C3%A1quina_el%C3%A9ctrica)http://es.wikipedia.org/wiki/Par_motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_de_rotaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1torhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rotor_(m%C3%A1quina_el%C3%A9ctrica)http://es.wikipedia.org/wiki/Par_motorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_de_rotaci%C3%B3n


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una fuerzalineal en el sentido de su longitud. El modo ms comn de

funcionamiento es como un actuador tipo -orentz0 en el cual la fuerza aplicada

es linealmente proporcionala la corriente elctrica, al campo magntico.

F=q

x B Ec. 6.6

!l aplicar un sistema trifsico de corriente al estator0 se produce un campo

magntico "ue se propaga desplazndose a la $elocidad de sincronismo por el

entre/ierro de la m"uina0 de tal forma "ue aparecen unas tensiones inducidas en

el secundario de la m"uina0 , si este est en cortocircuito0 aparecern unascorrientes inducidas "ue reaccionarn con el campo inductor produciendo una

fuerza de traslacin "ue obliga a mo$er el rotor0 "ue en este caso se denominar

deslizador.

Fig. 6.1- I"(g#%i& '( $ )o"o# 7i(7 ( $ %##o '( )+$i >(##)i(".
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_de_Lorentzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_de_Lorentzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico


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*e /an desarrollado $arios dise=os de motores lineales0 los cuales se enmarcan

en dos categoras principales0 motores lineales de baa aceleracin , de alta

aceleracin. -os motores lineales de baa aceleracin son apropiados para el tren

(agle$, otros usos en el campo del transporte de superficie. -os motores lineales

de alta aceleracin por lo general son relati$amente cortos , se dise=an para

acelerar un obeto a mu, alta $elocidad.

Fig. 6.2- E!$() %o 7! *$("(! '( *$(#?! )g"i%! '( !$!0(!i& '(7

"#( Mg7(:.

or lo general los motores de induccin lineales son utilizados para realizar

estudios de colisiones con /iper$elocidad0 como armas0 o como impulsores de

masade sistemas de propulsin de na$es espaciales. -os motores de alta

aceleracin por lo general poseen dise=os tipo motor de induccin lineal !con

un bobinado trifsico acti$o de un lado del entre /ierro de aire , una placa

conductora pasi$a del otro lado. El motor lineal de corriente directa

/omopolartipo railgunes otro dise=o de un motor lineal de alta aceleracin. -os

motores de baa aceleracin0 alta $elocidad , alta potencia por lo general son del

tipo motores lineales sincrnicos 5-*(0 con un bobinado acti$o de un lado del

entre /ierro de aire , un conunto de imanes con sus polos alternados del otro

lado. Estos imanes pueden ser imanes permanentes o electroimanes.

-os motores lineales eliminan los componentes mecnicos de las transmisiones

utilizadas en los accionamientos tradicionales0 proporcionado un importante
http://es.wikipedia.org/wiki/Tren_Maglevhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tren_Maglevhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tren_Maglevhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Hipervelocidad&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Armahttp://es.wikipedia.org/wiki/Catapulta_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Catapulta_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Propulsi%C3%B3n_de_naves_espacialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_trif%C3%A1sicohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Motor_homopolar&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Railgunhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tren_Maglevhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tren_Maglevhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tren_Maglevhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Hipervelocidad&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Armahttp://es.wikipedia.org/wiki/Catapulta_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Catapulta_electromagn%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Propulsi%C3%B3n_de_naves_espacialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_trif%C3%A1sicohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Motor_homopolar&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Railgun


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incremento en los ni$eles de $elocidad0 aceleracin , precisin a alta $elocidad0 lo

cual presenta e$identes $entaas0 abrindoles un amplio campo de aplicacin , de

futuro. *in embargo0 los motores lineales no sustituirn los accionamientos

rotatorios de forma inmediata. Ao es suficiente colocar motores lineales en

dise=os ,a eistentes0 sino "ue es necesario realizar un completo redise=o de la

m"uina /erramienta para apro$ec/ar las $entaas "ue ofrecen. Es necesario

seguir de cerca la e$olucin de esta tecnologa , tenerla en cuenta a la /ora de

realizar nue$os desarrollos.

Eisten $arios tipos de motores lineales segn la forma>

-lano> -a parte esttica es un llano sobre el "ue se desliza la m$il.

Tubular> -a parte m$il se desliza sobre un ncleo central "ue la atra$iesa.

Este tipo de motores apro$ec/an ptimamente el fluo magntico pero

presenta lmites debidos a la necesidad de puntos de apo,o en los

etremos.

En 9> -a parte m$il pasa entre dos filas de imanes. 9no de los

incon$enientes de los motores lineales a imanes permanentes es el fuertecampo magntico presente alrededor del motor0 sobre todo por motores

llanos , tubulares con secundario en la parte fia. ara la configuracin en 9

el incon$eniente se reduce notablemente.

on primario m$il o secundario m$il.

En alternada sncrono o en alternada a induccin.

aso a paso.


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4/

6.14 APLICACIN DE LOS MOTORESESPECIALES

-a aplicacin de los motores especiales depende del motor "ue se utilice0 puesto"ue cada tipo de motor tiene una aplicacin diferente pero igual de importante.

Motores tubulares

-os motores lineales tubulares0 , en particular los del tipo *er$oTube0 representan

un punto de incursin de la tecnologa ms pura de accionamiento lineal en

mbitos donde la neumtica se "uedaba corta en prestaciones , controlabilidad0

donde los accionamientos electromecnicos clsicos resultaban lentos0 ruidosos o

poco precisos0 , donde los motores lineales con$encionales resultaban

ecesi$amente caros , difciles de instalar0 as como en todas a"uellas

aplicaciones donde los re"uisitos de /igiene0 aislamiento0 contaminacin acstica

o bao mantenimiento son ele$ados.

ServomotoresEn la prctica0 se usan ser$os para>

osicionar superficies de control como el mo$imiento de palancas. e"ue=os ascensores , timones. 9san en radio control0 Tteres0 , principalmente en robtica

Motor paso a paso

Tametros. #isL+dri$e. Pmpresoras. lotters. ?razo ,


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Unidad 6-Maquinas Electricas_TERMINADO

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