Lab 3ingelec.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CURSO:

LABORATORIO

DE

MÁQUINAS

ELÉCTRICAS II TEMA: LAB. N° 03, ESTRUCTURA E INSTALACIÓN DE

LAS

MÁQUINAS

DE

CORRIENTE

CONTINUA ALUMNO:

QUISPE SURCO MARCO ANTONIO

DOCENTE:

Ing. LUIS A. CHIRINOS AREQUIPA- PERÚ

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE

ESTRUCTURA E INSTALACIÓN DE LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA 1.- OBJETIVO: Revisar, estudiar y aplicar la teoría estudiada para reconocer y ubicar a los diferentes componentes de las máquinas de corriente continua, tomando lectura de las resistencias internas de cada una de ellos y realizar el ensamble observando las normas de seguridad.

2.-FUNDAMENTO TEÓRICO: MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Un motor de corriente continua es aquel que trabaja o se alimenta de corriente continua. Están formados generalmente por las siguientes partes: • Inductor o estator (Arrollamiento de excitación): Es un electroimán formado por un número par de polos. Las bobinas que los arrollan son las encargadas de producir el campo inductor al circular por ellas la corriente de excitación. • Inducido o rotor (Arrollamiento de

inducido):

Es

una

pieza

giratoria formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de inducido, sobre el que actúa el campo magnético. • Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas. • Escobillas: Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido. Al girar el rotor, las escobillas van rozando con las delgas, conectando la bobina de inducido correspondiente a cada par de delgas con el circuito exterior.

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE FUNCIONAMIENTO. Un motor de corriente de continua basa su funcionamiento en la fuerza producida en un conductor a causa de la presencia de un campo magnético B sobre una intensidad de corriente eléctrica I. La expresión que la rige es:

Se obtendrá el valor máximo de fuerza cuando el campo magnético sea perpendicular al conductor y se tendrá una fuerza nula cuando el campo sea paralelo al flujo de corriente eléctrica donde 'l' es la longitud del conductor. El par motor M que se origina tiene un valor Esa fuente de campo magnético proviene del devanado inductor. Este es recibido por el devanado inductor, este inductor hace girar el rotor, el cual recibe la corriente eléctrica de la fuente mediante un colector y sistema de escobillas. El colector es básicamente un conmutador sincronizado con el rotor, que conmuta sus bobinas provocando que el ángulo relativo entre el campo del rotor y el del estator se mantenga, al margen de si el rotor gira o no, permitiendo de esta forma que el par motor sea independiente de la velocidad de giro de la máquina. Al recibir la corriente eléctrica e iniciar el giro comienza a producirse una variación en el tiempo del flujo magnético por los devanados, produciendo una Fem. Inducida EB que va en sentido contrario a la Fem. Introducida por la fuente, e.g, una batería. Esto nos da como resultado un valor de intensidad resultante:

Cuando el motor inicia su trabajo, este inicialmente está detenido, existiendo un valor de EB nulo, y teniéndose así un valor de intensidad retórica muy elevada que puede afectar el rotor y producir arcos eléctricos en las escobillas. Para ello se conecta una resistencia en serie en el rotor durante el arranque, excepto en los motores pequeños. Esta resistencia se calcula para que el motor del par nominal en el arranque. En ciertas condiciones de trabajo, un motor de corriente continua puede ser arrastrado por la carga y entonces funciona como generador. Esto es, el motor absorbe energía cinética de masa giratoria, de manera que la corriente circula ahora en sentido inverso, pues no la suministra la línea, sino que es devuelta a ella, por la Fem. Mayor del motor funcionando como generador. LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE Esto reduce la velocidad del motor, teniéndose así un método de frenado. Se puede tener frenado regenerativo cuando la energía retorna a la línea o frenado dinámico cuando la energía se disipa en una resistencia. TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA De Excitación Independiente: Son aquellos que obtienen la alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes. Con ello, el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es entonces prácticamente constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán sólo a la disminución de la fuerza electromotriz por aumentar la caída de tensión en el rotor. Este sistema de excitación no se suele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior de corriente. De Excitación En Derivación. Los devanados inducidos e inductor están conectados en paralelo y alimentados por una fuente común. También se denominan máquinas shunt, y en ellas un aumento de la tensión en el inducido hace aumentar la velocidad de la máquina. De Excitación En Serie Los devanados de inducido y el inductor están colocados en serie y alimentados por una misma fuente de tensión. En este tipo de motores existe dependencia entre el par y la velocidad; son motores en los que, al aumentar la corriente de excitación, se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par. De Excitación Compuesta. También llamados compound, en este caso el devanado de excitación tiene una parte de él en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El arrollamiento en serie con el inducido está constituido por pocas espiras de gran sección, mientras que el otro está formado por un gran número de espiras de pequeña sección. Permite obtener por tanto un motor con las ventajas del motor serie, pero sin sus inconvenientes. Sus curvas características serán intermedias entre las que se obtienen con excitación serie y con excitación en derivación. Existen dos tipos de excitación compuesta. En la llamada compuesta adicional el sentido de la corriente que recorre los arrollamientos serie y paralelo es el mismo, por lo que sus efectos se suman, a diferencia de la compuesta diferencial, donde el sentido de la corriente que recorre los arrollamientos tiene sentido contrario y por lo tanto los efectos de ambos devanados se restan.

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE

APLICACIONES Y VENTAJAS DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA. Aunque el precio de un motor de corriente continua es considerablemente mayor que el de un motor de inducción de igual potencia, existe una tendencia creciente a emplear motores de corriente continua en aplicaciones especiales. La gran variedad de la velocidad, junto con su fácil control y la gran flexibilidad de las características par-velocidad del motor de corriente continua, han hecho que en los últimos años se emplee éste cada vez más con máquinas de velocidad variable en las que se necesite amplio margen de velocidad y control fino de las mismas. Existe un creciente número de procesos industriales que requieren una exactitud en su control o una gama de velocidades que no se puede conseguir con motores de corriente alterna. El motor de corriente continua mantiene un rendimiento alto en un amplio margen de velocidades, lo que junto con su alta capacidad de sobrecarga lo hace más apropiado que el de corriente alterna para muchas aplicaciones.

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE Los motores de corriente continua empleados en juguetes, suelen ser del tipo de imán permanente, proporcionan potencias desde algunos vatios a cientos de vatios. Los empleados en giradiscos, unidades lectoras de CD, y muchos discos de almacenamiento magnético son motores en los que el rotor es de imán fijo y sin escobillas. En estos casos el inductor, está formado por un juego de bobinas fijas, y un circuito electrónico que cambia el sentido de la corriente a cada una de las bobinas para adecuarse al giro del rotor. Este tipo de motores proporciona un buen par de arranque y un eficiente control de la velocidad. Una última ventaja es la facilidad de inversión de marcha de los motores grandes con cargas de gran inercia, al mismo tiempo que devuelven energía a la línea actuando como generador, lo que ocasiona el frenado y la reducción de velocidad. Las principales aplicaciones del motor de corriente continua son: • Trenes de laminación reversibles. Los motores deben de soportar una alta carga. Normalmente se utilizan varios motores que se acoplan en grupos de dos o tres. • Trenes Konti. Son trenes de laminación en caliente con varios bastidores. En cada uno se va reduciendo más la sección y la velocidad es cada vez mayor. • Cizallas en trenes de laminación en caliente. Se utilizan motores en derivación. • Industria del papel. Además de una multitud de máquinas que trabajan a velocidad constante y por lo tanto se equipan con motores de corriente continua, existen accionamientos que exigen par constante en un amplio margen de velocidades. • Otras aplicaciones son las máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles. • Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, control de tensión en máquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes • El motor de corriente continua se usa en grúas que requieran precisión de movimiento con carga variable (cosa casi imposible de conseguir con motores de corriente alterna). 3.- ELEMENTOS A UTILIZAR: 

multímetro



motor dc



Puente de resistencias

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2



Megómetro

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE 4.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: 1. Reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de los componentes encontrados. (Indicar el tipo de motor según la información obtenida). constitución de los motores eléctricos Los valores de placa que sacamos del motor a estudiar fueron: Vn=50V; In=0.9; n=3000 RPM ; TYPE AA296 DC

Desde el punto de vista mecánico, un motor está constituido por: • Estator: parte fija. • Rotor: Parte móvil o giratoria. El

rotor

es

una

pieza

giratoria

cilíndrica, un electroimán móvil, con varios salientes laterales, que llevan cada uno a su alrededor un bobinado de hilo de cobre por el que pasa la corriente eléctrica. El estator, situado alrededor del rotor, es un electroimán fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el rotor, dispone de una serie de salientes con bobinados eléctricos por los que circula la corriente. Desde el punto de vista del tipo de corriente eléctrica generada pueden ser: • de corriente continua • de corriente alterna: síncronos y asíncronos Para permitir el movimiento del rotor, entre rotor y estator, existe un espacio de aire llamado entrehierro, que debe ser lo más reducido posible para evitar pérdidas del flujo magnético. Desde el punto de vista electromagnético se pueden considerar constituidos por • Un conjunto magnético. • Dos circuitos eléctricos: uno en el rotor y otro en el estator. Definición: Devanado o bobinado: hilo de cobre arrollado que forma parte de los circuitos eléctricos de las máquinas. Uno de los devanados de uno de los circuitos eléctricos produce el flujo que se establece en el conjunto magnético cuando es recorrido por la corriente eléctrica, es el devanado inductor o excitador. En el otro devanado, perteneciente al segundo circuito eléctrico se induce una fuerza que provoca un par-motor en el caso de un motor eléctrico, este es el devanado inducido. En resumen, los devanados pueden ser:

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE − Devanado (o bobinado) inductor: Es el devanado (circuito eléctrico) que genera el campo magnético de excitación en una máquina eléctrica. Se sitúa en el interior del estator en número par en unos salientes llamados polos. − Devanado (o bobinado inducido) Inducido: Es el devanado sobre el que se inducen las fuerzas electromotrices. Se sitúa en unas ranuras del rotor. Los devanados inductores forman los polos del motor, es decir, se sitúan en el estator... En todo circuito magnético, como sabes se distinguen los polos norte, de donde salen las líneas de fuerza del campo de inducción magnética (B), y los polos sur, por donde entran dichas líneas. Siguiendo el circuito magnético de los motores de corriente continua se observan núcleos de hierro rodeados por bobinas (devanados) que se conocen como polos, que van incrustados por uno de sus extremos en una pieza de hierro llamada culata, de manera que queda libre sólo el extremos de cada uno de ellos, que es precisamente el que da nombre al polo. En definitiva, los polos generan un campo magnético cuando circula corriente por ellos, un campo magnético inductor. Antes de pasar a ver cómo es un motor de corriente continua por dentro, debo aclarar una NOTACION

En la imagen superior se aprecia el polo sur que forma parte del estator. A la izquierda del polo sur, entre el rotor y el estator, se aprecia el entrehierro. Tanto los conductores del

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE rotor, como los estator están recorridos por corrientes eléctricas cuyo sentido es entrante en el plano del papel. Si se aplica la regla de la mano derecha, se comprueba que el campo magnético ejerce fuerzas del mismo sentido (hacia abajo). Esto hace girar el motor en sentido de las agujas del reloj. Para que se sumen todas las fuerzas individuales de todos los conductores, es preciso que todos hagan girar el motor en el mismo sentido. Para ello, los conductores situados junto al polo sur han de ser opuestos al que recorren los conductores colocados junto al polo norte. Rotor visto desde diferentes ángulos Otro elemento importante y fundamental del motor eléctrico de corriente continua es el colector de delgas, que es un conjunto de láminas de cobre, aisladas entre sí y que giran solidariamente con el rotor. Las delgas están conectadas eléctricamente a las bobinas del devanado inducido y por medio de ellas dicho devanado se puede conectar a la fuente de energía

eléctrica

del

exterior.

Cada

delga

está

unida

eléctricamente al punto de conexión de dos bobinas del devanado inducido, de tal forma que habrá tantas delgas como bobinas simples posea el devanado. Al colector de delgas también se le conoce como conmutador. Escobillas: Las escobillas permanecen fijas al estator, sin realizar movimiento alguno, y están en contacto permanente sobre la superficie del colector de delgas. Esto permite el paso de corriente eléctrica desde el exterior hasta el devanado inducido del rotor. Las escobillas y el colector de delgas permiten la conmutación de corriente cada media vuelta del rotor. Ver imagen inferior Los terminales que presenta el motor son los terminales del bobinado de armadura: A – AA; y los terminales del bobinado de campo: F – FF. El motor se dispondrá en configuración shunt.

2. Medir con el instrumento adecuado el valor de la resistencia interna de cada componente, la resistencia de aislamiento del estator y de la armadura. Resistencia de aislamiento de estator: 60 MΩ Resistencia de aislamiento de armadura: 3 MΩ 3.-Elaborar el diagrama completo de conexiones del motor ensayado según normas vigentes e incluya los valores de las resistencias internas y los símbolos graficados

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE

4.-Identificar el conmutador y con el instrumento adecuado mida la resistencia cada dos delgas consecutivas, en un cuadro represente los valores obtenidos de todas las delgas del conmutador.

DELGAS 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

Ohm 1.4 1.5 1.4 1.5 1.4 1.3 1.3 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

16 17 18 19 20 21 22 23 24 1

1.5 1.5 1.5 1.3 1.3 1.4 1.5 1.5 1.5 1.5

5. Implementar el circuito de arranque simple del motor de corriente contínua según las instrucciones del Código Eléctrico Nacional, graficar los circuitos de fuerza y control aplicados.

5.- CUESTIONARIO 5.1.- Defina la función de cada componente ubicado en el motor ensayado 

Devanado de Estator (campo):  Produce el campo que posibilita la conversión de energía.



Devanado del rotor (armadura):  Realiza la conversión de energía eléctrica-mecánica.



Delga (colector)

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE  El colector consta de un anillo, concéntrico al eje de giro y aislado eléctricamente del mismo, formado por una serie de láminas, generalmente de cobre, aisladas unas de otras y conectadas a su vez a los terminales de cada una de las bobinas giratorias. A cada una de estas láminas es lo que denomina delga. 5.2.- Los valores de resistencia de aislamiento ¿son los adecuados?, explique ¿por qué? El motor fue por mucho usado y talvez de modo incorrecto asi que posiblemente se haya descalibrado y los valores de resistencia de aislamiento son inferiores a los valores normales

5.3.- De acuerdo al Codigo Electrico Nacional elabore el diagrama de representación del motor ensayado, y los circuitos de fuerza y control correspondiente. 

Motor con excitación en derivación o shunt:



Circuito de fuerza

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE



Circuito de control

5.4.- Describa ¿Por qué las diferencias de valores resistivos entre las bobinas del estator y las bobinas del rotor? Las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande. En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que el motor serie, (también uno de los componentes del motor de corriente continua). Al disminuir la intensidad absorbida, el régimen de giro apenas sufre variación. 5.5.- Describa las ventajas y desventajas de la utilización de máquinas de corriente continua en aplicaciones industriales

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE La gran variedad de la velocidad, junto con su fácil control y la gran flexibilidad de las características par-velocidad del motor de corriente continua, han hecho que en los últimos años se emplee éste cada vez más con máquinas de velocidad variable en las que se necesite amplio margen de velocidad y control fino de las mismas. El motor de corriente continua mantiene un rendimiento alto en un amplio margen de velocidades, lo que junto con su alta capacidad de sobrecarga lo hace más apropiado que el de corriente alterna para muchas aplicaciones. Una última ventaja es la facilidad de inversión de marcha de los motores grandes con cargas de gran inercia, al mismo tiempo que devuelven energía a la línea actuando como generador, lo que ocasiona el frenado y la reducción de velocidad. 5.6.- la evaluación de las resistencias registradas entre dos delgas consecutivas del conmutador ¿son iguales? Explique brevemente. Las resistencias leídas por el multímetro son aproximadamente iguales. La variación es mínima esto tiene que ser idealmente iguales para que el campo sea uniforme ya que si no está uniforme el motor vibraría. Donde la resistencia sea menor esa bobina se puede deteriorarse más rápidamente. 6.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 6.1.- observaciones 

Hacer las conexiones en paralelo (shunt) entre la armadura y el campo.



Usar el Variac a la tensión adecuada la que requiere el motor DC



Usar un rectificador ya que es una maquina que trabaja con tensión continua



Verificar la tensión a la salida del rectificador



Verificar los datos de operación del contactor para el respectivo armado del circuito de control.

6.2.- conclusiones 

La resistencia de armadura siempre es mucho menor que la resistencia de campo debido a que se necesita un campo mayor



Las delgas son una parte muy delicada del motor DC



Las resistencias tomadas entre dos delgas tienen una pequeña variación



La configuración shunt es más estable y más usada



Toda máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos es considerada esencialmente un motor eléctrico,

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA TE algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. 

El principio de funcionamiento de todo motor se basa en que tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación.



Entre las características fundamentales de los motores eléctricos, tenemos que se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes.

7.- BIBLIOGRAFÍA http://www.biblioises.com.ar/Contenido/500/530/A%2091%20Motores%20de%20corriente%20 continua.pdf http://www.monografias.com/trabajos74/motores-corriente-directa/motores-corrientedirecta.shtml http://www.casdreams.com/cesf/FOC/FOCELEC10/Motores_de_Corriente_Directa.pdf https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2010/01/motores-electricos-parte-i1.pdf http://www.festo-didactic.com/ov3/media/customers/1100/571785_leseprobe_es.pdf http://www.nichese.com/motor-c.c.html http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-motores-de-corriente-continua-50037241-catalogoespanol.pdf http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//4750/4933/html/index.html https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua

LAB. MAQUINAS ELECTRICAS 2