Laboratorio 4 Ingenieria Electrica.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° 04, CONTROL DE VELOCIDAD AL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA ALUMNO:

QUISPE SURCO MARCO ANTONIO

DOCENTE:

Ing. LUIS A. CHIRINOS AREQUIPA- PERÚ Mayo-2015

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CONTROL DE VELOCIDAD AL MOTOR DC LABORATORIO N°4 APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE VELOCIDAD AL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA 1.- OBJETIVO: Aplicar la tecnología estudiada para elaborar los esquemas de instalación de máquinas de corriente continua y realizar el montaje respectivo utilizando contactores cuyas bobinas de accionamiento se alimentan con tensión alterna. 2.-FUNDAMENTO TEÓRICO: Los motores eléctricos proporcionan una de las fuentes principales de energía para impulsar las modernas máquinas herramientas u otro tipo de equipo industrial. El motor ha llegado a relacionarse tan íntimamente con la impulsión de los elementos de las máquinas que en la mayoría de los casos, se incluye como parte integral del diseño de ella. Esta relación de motor y máquina a través de la impulsión directa ha enfocado la atención en el diseño, construcción, instalación y mantenimiento del equipo para controlar el motor. El término control del motor en la comunicación moderna, se refiere al control de la velocidad e inversión de la rotación, métodos de aceleración y desaceleración, y muchas otras funciones de los controladores del motor, que se agregan a los conceptos más antiguos del simplemente arranque y frenado de motores. Si bien varios libros sobre electricidad y manuales de servicio han descrito diferentes tipos de controladores, ha sido fácil obtener esta información de una sola fuente de referencia, este documento proporciona una fuente conveniente de información técnica y práctica para una comprensión total de la teoría y práctica de control de velocidad para el motor eléctrico. 2.1.- Configuraciones de controladores de velocidad. Los motores de velocidad variable son apropiados para muchas aplicaciones industriales. Cuando hemos considerado la regulación de velocidad por control de tensión, hemos encontrado muchas variaciones en los esquemas, en los que una posible ventaja para una aplicación podría representar una desventaja para otra. 2.1.1.- Control por tensión variable. Dado el uso tan extendido de la corriente alterna, es necesario disponer de un equipo que la convierta en corriente continua, para poder explotar las flexibles características de los motores de corriente continua. Inicialmente se empleaban conjuntos convertidores rotativos motorgenerador, pero el rápido desarrollo de los rectificadores estáticos han hecho desaparecer casi

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completamente los primeros. Los convertidores rotativos fueron sustituidos completamente por los de mercurio, pero éstos, a su vez, están dejando paso a los de silicio y germanio. El empleo de motores de cd. De velocidad variable, está quedando relegado a procesos donde se requiere una potencia pequeño, comparada con la potencia total de la instalación. En tales condiciones, es raramente necesario instalar una línea de corriente continua a tensión constante a través de la fábrica, pudiéndose lograr una alimentación de los motores más eficiente, mediante equipos alimentadores de continua para cada motor o grupo de motores. El control de estos motores se puede simplificar mediante el empleo de una excitatriz para la alimentación del campo inductor del generador, mediante rectificadores controlados por rejilla, o con un amplificador magnético. 2.1.2. Control de velocidad por par Ward Leonard. El generador principal es movido por un motor de corriente continua apropiado, de un tipo que depende de la línea de potencia disponible. Cuando se emplea un motor síncrono, se obtiene una velocidad constante, con la ventaja adicional de que sirve para corregir el factor de potencia cuando funciona en sobre excitación. La excitación del generador se alimenta por medio de una excitatriz independiente que, según los casos, se puede emplear también para alimentar la excitación y se montan en la misma bancada. El rotor del motor de cd se conecta directamente a los terminales del generador, evitando así el empleo de un contactor grande y del arrancador. El arranque se efectúa ajustando el regulador de la excitatriz para elevar la tensión aplicada al motor. Por medio de un regulador Shunt aplicado al campo de la excitatriz o mediante un regulador potenciométrico en la alimentación del campo del generador principal, a partir del campo y, por lo tanto la tensión de salida desde cero al valor máximo. 2.1.3. Control por retroalimentación. Sin este sistema de control sería difícil obtener el grado de exactitud requerido por muchos procesos industriales. Lo característico del control por retroalimentación es que, por medio de un muestreo de la salida, permite mantener la cantidad regulada entre unos límites muy estrechos. 2.1.4. Control de velocidad por excitación Shunt. Cuando un motor Shunt trabaja con excitación débil, la corriente del inducido produce un par motor proporcional a la reducción de la excitación, pero dicha corriente no puede sobrepasar la nominal debido a la limitada capacidad térmica de la máquina. Además como la velocidad es inversamente proporcional al campo excitador para las velocidades superiores de la LAB. DE MAQUINAS ELECTRICAS 2

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velocidad mínima, el producto del par por la velocidad es constante. En otras palabras, si el campo de excitación de un motor Shunt se debilita la velocidad aumenta y el par se reduce, resultado que el motor desarrolla una potencia constante. Se puede obtener para un motor Shunt y sobre la velocidad mínima, una gama de velocidad de 3:1, dependiendo de la potencia del motor. En los motores de menos de 20 HP se puede obtener una gama de 4:1 o mayor; sin embargo, para potencias de más de 1000 HP, y aun con devanados compensadores, la gama quedaría probablemente limitada 2:1. Estas cifras no se pueden aplicar a los motores especiales de corriente continua para bobinadoras en las que se requiere una característica de potencia constante entre unos márgenes de velocidad que dependen del diámetro de las bobinas que han de manejar. La velocidad queda limitada por la máxima velocidad periférica que permite el inducido y por la buena conmutación del motor. Se alcanza un punto límite cuando la distorsión debida a la reacción de inducido, con campo excitador débil, es tan grande que se produce un gran chisporroteo. Para obtener un par de arranque igual al nominal con la mínima corriente y una buena conmutación, es importante mantener el campo excitador al máximo. Por esta razón el regulador Shunt se debe enclavar con el arrancador para evitar que se pueda arrancar con campo débil. Como un motor con control por devanado Shunt tiene una característica de potencia constante, el tamaño de la carcasa y el precio están basados sobre la potencia a la velocidad mínima. Aunque el control por devanado Shunt es muy eficiente para una gama limitada de velocidades, existen muchas máquinas que requieren un par constante, y para tales aplicaciones las dimensiones físicas y el precio de los motores pueden no ser aceptables. 2.1.4.1- Característica de velocidad del motor shunt o derivación Según la ecuación de velocidad, manteniendo constante el campo magnético y la tensión en bornes, al aumentar la intensidad de carga la velocidad tiende a disminuir un poco debido al término Ri·Ii (curva c). Por otro lado, al aumentar la intensidad de inducido, lo hace también la reacción de inducido, disminuyendo el flujo total y con ello la velocidad (curva a). El resultado es que la velocidad de un motor de excitación en derivación se mantiene prácticamente constante para cualquier régimen de carga (curva b).

La regulación de velocidad entre amplios límites se consigue mediante un reóstato en serie con la excitación. Son motores LAB. DE MAQUINAS ELECTRICAS 2

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con velocidad casi constante (la velocidad apenas disminuye al aumentar la carga). Son motores estables y de precisión, muy utilizados en máquinas herramientas: fresadoras, tornos, taladradoras, etc. 2.1.4.2.- Característica del par y mecánica de un motor shunt La característica de par relaciona el par motor con la corriente de inducido. Para un determinado flujo constante el par motor es directamente proporcional a la corriente de inducido e inversamente proporcional a la velocidad:

La característica mecánica relaciona el par motor con la velocidad. Es importante porque nos indica la velocidad a la que girará el motor al aplicar un determinado par resistente. Considerando el flujo constante la velocidad también lo es para cualquier par resistente. El par aumentará incrementando la intensidad de inducido para conseguir igualar el par resistente.

En resumen para un motor shunt se tiene: 

Velocidad aproximadas constante, del orden de 5% de variación entre vacío y plena carga.



Fácil control de velocidad, mediante la inserción de un reóstato en el circuito de campo, obteniéndose un gran margen de variación de velocidad (5:1).



También es posible variar la velocidad, variando Vt.

2.1.5. Control de velocidad por tensión de rotor. Cuando un motor Shunt trabaja con excitación constante, la velocidad es aproximadamente proporcional a la tensión del inducido. Una reducción en dicha tensión, manteniendo constante LAB. DE MAQUINAS ELECTRICAS 2

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la corriente de excitación, causa el descenso de la velocidad por debajo de la velocidad base. En tales condiciones, y debido la reducida tensión que coexiste de inducido constante, el motor tiene una característica de par constante. El par desarrollado a tensión reducida queda limitado por la corriente máxima de inducido y los limites de conmutación del motor. 2.1.6. Control de velocidad de un motor con excitación serie. La velocidad de un motor con excitación serie, para un par dado, se puede controlar con una resistencia en serie que reduzca la tensión aplicada a los devanados de inducido y de excitación y, por lo tanto, reduzca la velocidad del motor. El control de velocidad se puede efectuar también con una resistencia conectada en paralelo con la excitación o con el devanado del rotor. Cuando tal resistencia se conecta en paralelo con la excitación, la velocidad del motor aumenta, pero como el problema es normalmente reducir la velocidad del motor serie, el método no se usa ampliamente. Sin embargo, es corriente conectar una resistencia en paralelo con el inducido, además de una resistencia en serie con él. 3.- ELEMENTOS A UTILIZAR: 

Multímetro



Tacometro



Amperimetro



Resistencias variables de diferentes valores



Motor de corriente continua

4.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: a.- Utilizando las herramientas y materiales adecuados realizar el montaje del circuito del motor de corriente continua, según indicaciones en el laboratorio. CARACTERISTICAS DEL MOTOR

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TIPO VOLTAJE CORRIENTE NO R .P.M AMP

AA296 50 V D.C. 203935 3000 0.9 A

b.- Usando un reóstato (resistencia de 44 ohms) en la entrada del circuito de alimentación del motor, variar la velocidad del motor, registrando 06 valores de velocidad y tensión de alimentación en el motor; dibujar la curva velocidad-tensión (tensión en el eje X).

1.-Primer CASO :

variando la resistencia de entrada

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VOLTAJE DE ENTRADA (V) 55 53.5 53 52 52

VOLTAJE NOMINAL (V) 51 45 40 35 30

NO en (RPM) 3300 3100 2900 2751 2550

A medida que disminuye el voltaje tambien disminuye la velocidad del motor (RPM)

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c.- Usando un reóstato (resistencia de 44 ohms) en la entrada de la armadura del motor, variar la velocidad del motor, registrando 06 valores de velocidad, tensión y la corriente de alimentación en la armadura; dibujar la curva velocidad-tensión (tensión en el eje X).

VOLTAJE DE ENTRADA (V) 54 50.5 49.5 49

CORRIENTE (mA) 100 90 81 77

NO en (RPM) 3380 2900 2400 1900

A medida que disminuye la velocidad del motor (RPM) también disminuye la corriente

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d.- Usando el reóstato del circuito de excitación (una resistencia de 5000 ohms), regulando la tensión de alimentación a 35 V , manteniendo constante esta tensión de alimentación, variar la velocidad del motor registrando 06 valores, registrar la corriente de excitación para dibujar la curva velocidad (y)-corriente de excitación (x).

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VOLTAJE DE ENTRADA (V) 30 33 33.5 32.5

CORRIENTE DE EXCITACIÓN (mA) 200 163 141 120

NO en (RPM) 2852.6 3382 3855 4257

5.- CUESTIONARIO 5.1.- Mida los valores de la corriente de arranque y la corriente de operación en vacío de la máquina y explique el porqué de las diferencias. El comportamiento dinámico del conjunto motor-maquina accionada está regido por la siguiente ecuación diferencial. Tm - Tr = J . dw/ dt Donde Tm es el par motor, Tr el par resistente, J es el momento de inercia del conjunto motormaquina accionada y w es la velocidad angular de dicho conjunto. Por lo tanto, para que el conjunto comience a girar se necesita que el par motor supere al par resistente, de manera de generar una aceleración angular de arranque. El proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el par motor con el par resistente, estabilizándose la velocidad de giro del motor. Como la cupla motora es el producto de la corriente absorbida por el flujo del campo magnético, además de un factor que caracteriza al tipo de máquina, este mayor par de arranque generalmente está asociado a una mayor corriente de arranque, la que no debe superar determinado límite por el calentamiento de los conductores involucrados

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5.2.- Siguiendo las normas del CNE. Elabore el diagrama completo de la instalación del motor ensayado para los diferentes métodos de control de velocidad

5.3.- Explique ¿Cómo se regula la corriente de línea que toma el motor cuando se varía la carga aplicada al eje? La corriente de línea se regula por un autotransformador, también podemos regular la tensión de línea del transformador poniendo reóstatos y haciéndolo variar para regular la corriente de línea. 5.4.- De los métodos de control de velocidad ensayados en laboratorio ¿Cuál es el más óptimo? Explique por qué. De los tres tipos de ensayos, el método más óptimo es cuando variamos la tensión que alimenta el motor. En los otros el momento de arranque de la corriente es elevada y puede producir un calentamiento y/o avería. Este método es la que menos pérdidas produce, mejor ajuste de velocidad y aceleración, garantiza la seguridad. 5.5.- Que ventaja o desventaja ofrece el control de velocidad con la tensión de la armadura. Explique la razón que justifica. Cuando variamos la tensión en la armadura la hay una caída rápida de velocidad de giro, esta conexión también nos trae perdidas, presenta inestabilidad. 6.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 

Usar una fuente de tensión continua y ajustarlo a la tensión indicada en la placa del motor



Si usamos un variac, ajustar la tensión indicada en la placa del transformador a la salida del puente de diodos

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Verificar la forma de conexión (shunt) del motor



Usar un amperímetro que soporte la corriente de arranque



No variar los valores de los reóstatos bruscamente ya que podemos malograr el motor



La conexión shunt es la más estable y confiable.



Podemos variar la velocidad de tres formas



La mejor opción de variar la velocidad es variando la tensión de entrada.



La corriente de arranque varia si el motor esta con carga

7.- BIBLIOGRAFÍA http://repository.uaeh.edu.mx/bitstream/bitstream/handle/123456789/10910/Control%20de%20 velocidad%20de%20motores.pdf?sequence=1 http://www.google.com.pe/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=9&cad=rja&uact= 8&ved=0CEEQFjAI&url=http%3A%2F%2Ffiles.ingenieriauaslp2.webnode.mx%2F200000037 d12cdd226f%2FMOTORES%2520DE%2520CD_UASLP_1%2520%5BModo%2520de%2520c ompatibilidad%5D.pdf&ei=lsBHVYKQH8OkNrWNgaAC&usg=AFQjCNFBCFfj9obUfFc_kNfY VPWX4xbBLg&sig2=r1ESVP1eQ1czCvoX2h10JQ http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/4c27e3dbc90c8.pdf http://referencias111.wikispaces.com/file/view/Capitulo1.pdf http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/3789/1/CD-3571.pdf

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