ABC de los Pequeos Motores ElctricosEn estas notas nos vamos a ocupar de los motores de dimensiones no superiores a la palma de una mano y cuyo uso se ha incrementado enormemente e las ltimas tres dcadas en aplicaciones para las unidades ms poderosasque van desde los pequeos artefactos domsticos (que operan con bateras recargables, o desde la red a travs de transformadores y rectificadores), hasta las herramientas manuales para el taller y la jardinera, para no hablar de los numerosos usos en los automviles, donde operan en bombas, en mecanismo de desplazamiento de asientos, en limpiaparabrisas, en antenas elctricas, orientadores de espejos, faroles, etctera. Los pequeos motores de potencia muy reducidas son ampliamente usados en la electrnica para transporte de cintas y otros medios magnticos. Estos ltimos son motores muy sofisticados que requieren de complejos circuitos de control. el motor en relacin directa con la velocidad del mismo. El voltaje de alimentacin E es por lo tanto el resultado de la ecuacin: E=Ec+IR Por lo tanto, I=(E-Ec)/R Hay que tener en cuenta en las relaciones bsicas de los motores de magnetos permanentes- que la velocidad del motor es inversamente proporcional al par y que, a menor velocidad corresponde una menor Ec, con consecuente incremento de la corriente I.(%) (W) (A) (rpm) P I N

NoN

Pmax

max

La velocidad en ausencia de carga y el par mximo (stall torque) son directamente proporcionales al voltaje aplicado. La lnea de puntos en el grfico de la Fig. 2 muestra, como ejemplo, la velocidad a 2/3 del voltaje de rateo. El par T producido por un rotor se expresa con: T=k'In Donde k' es una constante; es el flujo magntico que pasa a travs del rotor, y n el nmero de vuelta de alambre del rotor. Las relaciones expuestas demuestran que motor, la corriente I solo depende del par, sin relacin con el voltaje de alimentacin. Por consecuencia, la en un lnea de corriente I se queda igual, pero la corriente mxima (stall current) baja de Is a I's. NoIs No Is

Is

P

INTRODUCCIN Los motores elctricos son generalmente clasificados en dos grandes categoras: de corriente alterna (AC) y de corriente continua (DC). A los efectos prcticos, estos ltimos son en su totalidad pequeos motores, exceptuando los dispositivos de arranque de motores de combustin interna, que pueden tener una potencia de algunos KWLOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA, EN COMPARACIN CON LOS DE AC tienen las siguientes ventajas: 1) Tamao reducido. 2) Pueden producir una alta potencia, a pesar del tamao. 3) La velocidad puede ser libremente fijada, cambiando el voltaje operativo y/o el nmero de vueltas de hilo de cobre en la armadura. MOTORES DE MAGNETO PERMANENTE La mayora de los pequeos motores son de magneto permanente los cuales, en comparacin con los de campo bobinado presentan las siguientes ventajas: 1) Menor costo. 2) Mayor eficiencia (no se necesita corriente para mantener un campo magntico). 3) Menor incidencia de fallas, por tener menos partes elctricas. Como Seleccionar un MotorPara seleccionar segn un criterio cientfico un motor para un proyecto es necesario seguir los siguientes pasos:

INIo O T

Io

Fig. 1

Ts 2

Ts

O

Fig. 2

Ts

Ts

1) De acuerdo con los requerimientos de potencia de la aplicacin hay que definir tentativamente el voltaje y la fuente de alimentacin DC, sea de esa de pilas a seco (alta o mediana resistencia interna) o recargables (para baja o bajsima resistencia interna), y por lo tanto adecuada para el manejo de fuertes corrientes instantneas. En el caso de alimentacin desde la red hay que definir las caractersticas de la fuente. 2) Utilizando las curvas caractersticas del motor a un dato voltaje, hay que seleccionar el modelo cuyas prestaciones se acerquen a la ms alta eficiencia en RPM (revoluciones por minuto), drenaje de corriente y par, con el fin de conseguir el mejor parecido con los requerimientos del diseo. 3) Montando el motor en un prototipo del dispositivo que se est diseando se puede comprobar, bajo carga, si efectivamente el consumo de corriente corresponde al punto de ms alta eficiencia que aparece en la curva caracterstica. Como Leer el Grfico de Desempeo Haciendo rodar un motor DC la corriente fluye a travs del rotor, cuya resistencia es R. Por otro lado, un voltaje inducido llamado back EMF es generado por

Velocidad (rpm)

Las curvas tpicas de desempeo con el correcto voltaje de alimentacin se muestran en la Fig. 1. De acuerdo con el comportamiento de los motores de magneto permanente, las curvas de velocidad N y de corriente I a par T son lineales. La curva de velocidad (en bajada) es recta desde No (sin carga) hasta el par mximo Ts (stall torque) de cero rpm, donde el motor es trabado. Anlogamente, la corriente escala linealmente desde Io hasta Is (Is=E/R). La salida de potencia es el producto de N i T y se obtiene por la ecuacin: P(W)=N (rpm)xT (g.cm)/97500 La salida mxima Pmax es un punto en curva P a Ts/2 y calculado segn la siguiente ecuacin: Pmax=NoxTs/4. La eficiencia del motor es la relacin entre la potencia elctrica en entrada y la salida mecnica que se exprime en la ecuacin: (%)= P (W) /EI (W) La eficiencia es mxima en el rango de par inferior a Ts/2 y la corriente I a la mxima se obtiene segn la ecuacin: I= IoIs=kIs donde k= Io/Is. Por lo tanto el punto de eficiencia mxima aparece ms cerca de la izquierda, cuando el valor de k es menor. Por consecuencia, es preferible un motor de bajo Io, siendo el revs consecuencia principalmente de par reducido por prdidas en el hierro o por friccin. La extrapolacin de valores en las curvas se obtiene: A) Se conoce el par: Dibuje una lnea vertical desde la base de la lnea del par hasta el punto T del par conocido. En el punto donde estas lneas se intersecan con las curvas N, I y P se pueden obtener los respectivos valores por medio de las escalas verticales. B) Se desconoce el par: Primero mida el drenaje de corriente por medio de un ampermetro, luego marque el punto del valor obtenido en la curva I, y trace una lnea vertical que pase por encima del punto. El valor buscado se obtiene procediendo como arriba (A). C) Se conoce la velocidad: Proceda como en B. Los procedimientos utilizados se refieren a aplicaciones donde los motores de magneto permanente son operados a un valor de voltaje fijo. Las curvas que aparecen en las caracterstica de los motores obedecen a esta regla. Las curvas de desempeo cuando el motor es operado con un voltaje distinto del nominal se puede obtener usando el grfico que aparece en la figura 2.

ConversinmNmz-In /7.059 oz-InmNm *7.059 Newtonz *3.6 ozNewton /3.6 gr.z ozgr.

*.03527/.03527

Inchesmm /.0393 mmInches *.0393

Trminos, Abreviaciones y Unidades Smb.Definicin Unidad Is Corriente de Amp Io Corriente sin carga mA Kt Constante de Par (Torque) oz-in/A N Velocidad de Rotacin rpm No Rotacin s/carga rpm Pmax Mxima Potencia de Salida W Ra Resistencia de Rotor Ohn T Par(Torque) oz-in Ts Par de oz-in Vs Voltaje Nominal V Flujo Magnetico Eficiencia Mxima Oersted %

27120 Motor 12VDC Tpica Aplicacin: Automatizacin, Auto Motriz Voltaje de Operacin: 12VDC Rango de Voltaje: 5~15VDC Velocidad de giro: 13480 rpm @ 12VDC Torque de Arranque: 34.4 m-Nm@4.46Amp Potencia Mx.: 12W, (17.2 m-Nm, 6740 rpm@2.3Amp.) Rotacin: CW, CCW Tamao: (motor) 30 mm L x 25 mm Dia. (Eje) 20 mm L x 2 mm Dia.PART: MABUCHI FK2805-14200

$2.5716000

IIE N

100 90 80 70

14000 N 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 5 10 15 20

CO RR

TE

(Eficiencia %)

P

60 50 40 30VE LO CD I

20AD

10 30 35 0 40

25

Torque (m*Nm)