Laboratorio 1.docx

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELÉCTRICA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA

LABORATORIO N°1 DESCRIPCIÓN DE LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

MATERIA

: MÁQUINAS ELÁCTRICAS I (ELT 2641 A)

UNIVERSITARIO

: AGUAYO TORREZ LUIS ALBERTO

DOCENTE LABORATORIO

: ING. VICTOR HUGO FLORES ARANCIBIA

DIA DE CLASES

: LUNES 18 DE FEBRERO DE 2019

FECHA DE ENTREGA

: LUNES 25 DE FEBRERO DE 2019

ORURO – BOLIVIA

1. OBJETIVOS: Los objetivos del presente laboratorio son:  Describir los tipos de máquinas de corriente continua.  Describir los aspectos constructivos de la máquina de corriente continua.  Explicar la denominación de bornes y cables, según la norma VDE 0570. 2. MARCO TEÓRICO: Una máquina eléctrica es el conjunto de mecanismos capaces de generar, aprovechar o transformar la energía eléctrica. Se conoce como principio de conservación de la energía electromecánica, cuando una máquina convierte energía mecánica en energía eléctrica llamado generador, mientras cuando la máquina convierte energía eléctrica en mecánica se denomina motor. Los primeros generadores de energía eléctrica fueron las pilas químicas de Volta que producían una fuerza electromotriz de amplitud constante denominada corriente continua, en el siglo XIX, los entendidos que trabajaban con estos elementos galvánicos, pretendían conseguir también una máquina eléctrica rotativa que suministrara corriente continua. Los motores de corriente continua son máquinas de corriente continua que se utilizan como motores y los generadores de corriente continua son máquinas de corriente continua que se usan como generadores. La misma máquina puede operar físicamente como motor o como generador; solo es una cuestión de la dirección del flujo de potencia que circula a través de ella. 2.1. TIPOS DE MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA: Los motores de corriente continua son similares en su construcción a los generadores, por lo que puede describirse como generadores que funcionan en forma inversa a los motores. Los tipos de motores de corriente continua de uso general son:  De excitación separada o independiente.  De imán permanente.  En serie.  En derivación, denominado también en paralelo o shunt.  Compuesto, denominado también serie paralelo o compound. 2.2. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS: La máquina de corriente continua está constituida por una parte fija o estator y una parte móvil o rotor. El estator está formado por la culata que pertenece al circuito magnético inductor y que ejerce la función de soporte mecánico del conjunto. La culata o carcasa contiene también los pies sobre los que se apoyará la máquina. La culata está perforada en diversos puntos de su periferia, para fijar los polos, los cuales están constituidos por los núcleos polares, construidos en chapas de acero sobre las que se coloca el devanado inductor o de excitación. La parte de los polos próxima al rotor presenta una expansión magnética denominada zapata polar. Para mejorar la conmutación, estas máquinas suelen llevar también unos polos intermedios, que reciben también el nombre de interpolos, polos auxiliares o polos de conmutación; el devanado de estos polos se conecta en serie con el inducido. El rotor está formado por el inducido y el colector de delgas o conmutador. El inducido se construye con discos de chapa de acero al silicio convenientemente ranurado para alojar en él el correspondiente devanado. El colector de delgas es el encargado de la conversión mecánica de la c.a. inducida en las bobinas en c.c. de salida, está formado por láminas de cobre o delgas cuya sección transversal tiene la forma de cola de milano. Las delgas están aisladas entre sí y del cubo del colector por medio de un dieléctrico de mica. La extracción o suministro de

corriente al colector se realiza por medio de escobillas de grafito, también se emplean los tipos electro grafíticos y metalografíticos. Las escobillas permanecen inmóviles en el espacio, dispuestas en los portaescobillas, y de esta manera, mientras gira el rotor, las escobillas conservan una posición invariable con respecto a los polos de la máquina.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Fig. 1. Aspectos constructivos de una máquina de c.c. Culata. 8. Devanado inductor o de excitación. Núcleos polares. 9. – Zapata polar. 10. Colector de delgas. Polos intermedios. 11. Escobillas. Polos intermedios. 12. Escobillas. Inducido. 13. Pies. Arrollamiento del inducido.

3. BORNES Y CABLES DE LA RED DE LA MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA: En función al código VDE 0570, se tiene: 3.1. Para la máquina: Conexión principal para la máquina de corriente continua:      

A – B Inducido, armadura. C – D Excitación en derivación (campo en paralelo). E – F Excitación en serie (campo en serie). G – H Polos auxiliares o devanado de compensación. GW – HW Polos auxiliares. GK – HK Arrollamiento de compensación.

Conexión de la excitación para el giro a derecha:  EA – FA Si se ubica al lado A del inducido.  EB – FB Si se ubica al lado B del inducido.  J – K ó I – K Arrollamiento de excitación independiente.  C – D Si la excitación es alimentada por la propia tensión del rotor. Devanado de polos auxiliares:  GA – HA Lado del borne A del inducido.  GB – HB Lado del borne B del inducido.

3.2. RESISTENCIA DE ARRANQUE: Arrancador (motor):  L Resistencia de arranque en el lado que se dirige a la red.  R Conexión del arrancado que se dirige a la excitación.  M Conexión del arrancador. Dínamos (ajustador):  t Reóstato de excitación de campo.  s Reóstato de excitación de armadura.  q Borne de la red para abrir el circuito del reóstato de excitación. Bornes de la red:  P Positivo, en corriente continua.  N Negativo, en corriente continua.  Mp Cero, medio o neutro en corriente continua. 4. GRÁFICOS: 4.1. PARTES DE UNA MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA.

Fig. 2. Construcción de la máquina de corriente continua.

Fig. 3. Conexión de campo en derivación y en serie.

4.2. DE EXCITACIÓN SEPARADA O 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.

Fig. 4. Motor de excitación independiente. 4.3. DE IMÁN PERMANENTE. Los motores IP son motores eléctricos que utilizan la combinación de campos magnéticos de naturaleza permanente (Imanes) y campos magnéticos inducidos producidos por la corriente de excitación externa que fluye a través de los devanados del estator.

Fig. 5. Motor de imanes permanentes. 4.4. EN SERIE. El motor serie o motores de excitación en serie, es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie, El voltaje aplicado es constante, mientras que el campo de excitación aumenta con la carga, puesto que la

corriente es la misma corriente de excitación. El flujo aumenta en proporción a la corriente en la armadura, como el flujo crece con la carga, la velocidad cae a medida que aumenta esa carga.

Fig. 6. Representación esquemática y simbólica de un motor serie. Las principales características de este motor son: 

 

Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor de corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, este disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es la misma que en el inducido. La potencia es casi constante a cualquier velocidad. Le afectan poco las variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un aumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la fuerza contraelectromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida.

4.5. EN DERIVACIÓN, DENOMINADO TAMBIÉN EN PARALELO O SHUNT. Las bobinas inductoras van conectadas en paralelo (derivación) con las inducidas. De este modo, de toda la corriente absorbida (I absorbida) por el motor, una parte (I i) circula por las bobinas inducidas y la otra (I exc) por la inductoras. El circuito de excitación (inductor) está a la misma tensión que el inductor. Las características de este motor son: 1. En el arranque, par motor es menor que en el motor serie. 2. Si la Intensidad de corriente absorbida disminuye y el motor está en vacío. La velocidad de giro nominal apenas varía. Es más estable que el serie. 3. Cuando el par motor aumenta, la velocidad de giro apenas disminuye. Este tipo de motores se aplican en aquellos casos en los que no se requiera un par elevado a pequeñas velocidades y no produzcan grandes cargas. Si la carga desaparece (funcionamiento en vacío), el motor varía apenas su velocidad. Conclusión: Se emplea para máquinas herramientas, por ejemplo, un taladro.

Fig. 7. Representación esquemática y simbólica de un motor shunt. 4.6. COMPUESTO, DENOMINADO TAMBIÉN SERIE PARALELO O COMPOUND: En este caso, se puede decir que el motor es una combinación del motor serie y el motor shunt, puesto que una de las bobinas inductoras está en serie con el inducido, mientras que la otra está en paralelo con él. Una parte de la intensidad de corriente absorbida circula por las bobinas inducidas (I i) y, por ende, por una de las inductoras; mientras que el resto de la corriente (I exc) recorre la otra bobina inductora. Se caracteriza por tener un elevado par de arranque, pero no corre el peligro de ser inestable cuando trabaja en vacío, como ocurre con el motor serie, aunque puede llegar a alcanzar un número de revoluciones muy alto.

Fig. 8. Representación esquemática y simbólica de un motor shunt.

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS: 1. Dentro de la industria eléctrica ¿dónde y cómo se utilizan las máquinas de corriente continua? Debido a su versatilidad en las aplicaciones, el motor de corriente continua es dueño una gran área del mercado de motores eléctricos, destacándose:          

Máquinas operatrices en general. Bombas a pistón. Torques de fricción. Herramientas de avance. Tornos. Bobinadoras. Fresadoras. Máquinas de molienda. Máquinas textiles. Grúas y guinches.

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Pórticos. Vehículos de tracción. Prensas. Máquinas de papel. Tijeras rotativas. Industria química y petroquímica. Industrias siderúrgicas. Hornos, extractores, separadores y cintas transportadoras para la industria de cemento y otras.

Fig. 9. Cliente: HEATLAND STEEL País: EUA Suministro: Motores de corriente continua de 448 a 1.119 KW Aplicación: Laminado a frio

Fig. 10. Cliente: USIMINAS País: Brasil Suministro: Motores de corriente continua de 325 KW Aplicación: Rodillo tensor de alimentación de tiras 2. ¿Existen actualmente generadores o dinamos de corriente continua de elevada potencia?

No, La corriente alterna es actualmente la forma dominante en la generación, transporte y distribución de electricidad. La corriente alterna supero las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la generación y distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia.

La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de transmisión de potencia, viene determinada por su facilidad de transformación, la energía eléctrica transmitida viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de la corriente. Esto permite que los conductores sean de menor sección y por tanto de menor costo; además, minimiza las perdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial o domestica de forma cómoda y segura. 3. El teleférico de Oruro, ¿sus motores funcionan con corriente continua? Debido a la gran afluencia de personas que utilizan el teleférico en las fechas cercanas a carnaval, y con los limitados días de atención del mismo, no se pudo determinar que tipo de motores se utilizan en el teleférico de Oruro, sin embargo, el operador indico a mi persona que es posible observar los motores siempre y cuando no se tengan demasiadas personas utilizándolo. Pero gracias al periódico La Patria, se pudo encontrar la siguiente información: En lo que respecta al motor principal, señaló que se realizó el montaje de esta especie de caja que tiene 11,3 toneladas de peso, se tiene una estructura especial para este motor que es como un carro que se mueve en función de la carga que existe en las cabinas. Manifestó que una característica principal de este motor de 368 kilovatios, es que tiene arranque directo que otorga mayor resistencia, es decir que el costo de mantenimiento al año es bajo, no se tendrá ningún problema. Extracto periódico La Patria.

Fig. 11. Motor del teleférico de Oruro.

6. DOCUMENTOS DE REFERENCIA:   

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Jesús Fraile Mora, Maquinas Eléctricas, Editorial Mc Graw Hill, España, 2003. Irving L. Kosow, Maquinas Electricas y transformadores, Editorial Prentice Hall Hispanoamericana, México, 1993. EcuRed, Motor de excitación independiente, https://www.ecured.cu/Motor_de_excitaci%C3%B3n_independiente, fecha de acceso 24 de febrero de 2019. Gerard Moisés García (Monografias.com), Motores con imanes permanentes, https://www.monografias.com/trabajos100/motores-imanes-permanentes/motoresimanes-permanentes.shtml, fecha de acceso 24 de febrero de 2019. Wikipedia, Motor serie, https://es.wikipedia.org/wiki/Motor_serie, fecha de acceso 24 de febrero de 2019. Aprendemos Tecnologia, Tipos de motores de corriente continua, https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2010/02/motores-electricosparte-ii1.pdf, fecha de acceso 24 de febrero de 2019. Grupo WEG, Catalogo de Motores de Corriente Continua, Brasil, 2013. La Patria, Montaron el motor del teleférico y empezarán con el cableado, http://lapatriaenlinea.com/?nota=262523, fecha de acceso 24 de febrero de 2019.