UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTNESCUELA PROFESIONAL DE
INGENIERA ELCTRICALABORATORIO DE MAQUINAS ELCTRICAS 2
GUIA DE LABORATORIO N 3ESTRUCTURA E INSTALACIN DE LAS MAQUINAS
DE CORRIENTE CONTINUA
1. OBJETIVO:
Revisar, estudiar y aplicar la teora estudiada para reconocer y
ubicar los diferentes componentes de las maquinas de corriente
continua, tomando lectura de las resistencias internas de cada uno
de ellos y realizar el ensamble observando las normas de
seguridad.2. FUNDAMENTO TEORICO
Es una mquina queconviertelaenerga elctricacontinua en mecnica,
provocando un movimiento rotatorio. Para cambiar la direccin de
giro en un motor de Corriente Continua tan solotenemos que invertir
la polaridadde la alimentacin del motor. Paramodificar su
velocidadpodemosvariarsu tensinde alimentacinconlo que el motor
perder velocidad, pero tambin perder par de giro (fuerza)o para no
perder par en el eje de salida podemos hacer un circuitomodulador
de anchura de pulsos (pwm) con una salida a transistor de mas
omenos potencia segn elmotor utilizado. Si se aplica un voltajeen
los bornes deun motor de c.c.circula por losconductores del
inducido una corriente que al estar en un campo magnticose produce
una fuerza que hace girar los conductores y por lo tanto
alinducido, la fuerza ejercida sobre un conductor es proporcional
al campomagntico y a la corriente, por lo tanto, el momento del
par, llamado "parmotor" se puede expresar como sigue:
Al girar los conductores con el inducido, cortan lneas de fuerza
y en elarrollamiento se induce una fem que se opone al voltaje
aplicado en los bornes.Por esta razn, la fem inducida en un motor
se llama "fuerza contraelectromotriz" f.c.e.mElcolectordesempea un
papel muy importante en el funcionamiento de unmotor de c.c. y
consiste en invertir el sentido de la corriente en la espira enel
instante en que estn enfrentados los polos de nombre contrario.
Estohace que se invierta la polaridad del campo, con lo que hay
repulsin enlugar de atraccin, y la espira contina girando. En la
figura 1, se observaque el polo N del campo principal repele al
polo N del campo del inducido. Al completar media revolucin, figura
B, el colector invierte la corriente en elinducido, por lo tanto el
sentido del campo del inducido se invierte. Estainversin hace que
el polo Sdel campo principal ydel inducido se repelende nuevo y
contine as la rotacin:
En un inducidode varias espiras, se mantiene sobre l un par
motoruniforme y continuo. Como las espiras estn prximas entre s, el
camporesultante producido por le inducido permanece en la misma
posicin, resultando por tanto en "campomagntico estacionario"
Tipos de motores DC
Motorshuntoparalelo
Para el motor shunt de lafigura, tenemos:
Inicialmente la fcem es cero, debido a que el inducido est en
reposo, por lotanto, laIa = Ea / Raque es de un valor elevado. Como
la corriente eselevada, entonces el par motor tambin lo es, ya que
par= KIa.Esto hace que aumente la velocidad, por
consiguienteEbaumenta.AlaumentarEbdisminuye elpar motorque se hace
constante cuando el motoradquiere finalmente una velocidad
constante. Si se impidiese el giro del inducido, la corriente de
arranque sera muyintensa, continuara circulando y quemara el
inducido en poco tiempo. En laprctica los motores se protegen
generalmente con fusibles que, al fundirse, abren el circuito antes
de que se queme el inducido. Como la corriente de arranque es
elevada (varias veces el valor de lacorriente nominal de carga) es
necesario intercalar una resistenciaRsenserie para disminuir la
corriente de arranque. Esta resistencia se suprime paulatinamente
cuando el motor adquierevelocidad. La imagen representa la
corriente con y sin el restato dearranque.
Motorserie
El motor serie seconecta a la redcomo se indica enla figura.El
voltajeaplicadoEaes constante, mientras que el campo de excitacin
aumenta conla carga, puesto que la corrienteIaes la misma corriente
de excitacin
El par producido K Ia es directamente proporcional al flujo y a
la corriente en el inducido. Como el tambin aumenta con Ia,
entonces el par motores directamente proporcional al cuadrado de
Ia, por lo tanto, su curva ser parablica.
Motor compoundComparando las ventajas de los motores serie y
shunt se encuentra que:1)El motor shunt tiene una velocidad ms
constante, pero2)Un motor serie del mismo rgimen de capacidad puede
ejercer un parmucho mayor, cuando sea necesario, sin aumentar
terriblemente lacorriente. Estas dos caractersticas pueden
obtenerseen un mismo motor colocandodos bobinados de campo: Uno en
serie y otro shunt, en los polos del motor, y que se llamar motor
compound. Las caractersticasde velocidad y parmotor para un motor
compound sedan en la siguiente figura.
La velocidad de un motor compound se puede disminuir por debajo
de lanormal por medio de un restato colocado en el circuito del
inducido yaumentarse por encima de la normal mediante un restato en
el circuito decampo. A diferencia de los motores en serie, el motor
compound tiene una velocidaddefinida sin carga y no alcanzar
velocidades destructivas si sta sesuprime. La regulacin de la
velocidad es inferior a la de un motor shunt y mayor a lade uno
serie. La rotacin se invierte cambiandola direccinde la
corrientedel circuito de campo o del circuito del inducido. Puesto
que si se invierte elcampo shunt se debe invertir el serie, el
procedimiento ms sencillo esinvertir la corriente en el inducido.Si
las conexiones del arrollamiento serie de un motor compound
sepermutan para invertir el sentido de circulacin de corriente en
el mismo, lasbobinas serie se opondrn al flujo y este decrecer, en
lugar de crecercuando aumente la carga. Esto obligar al motor a
acelerar, en lugar dedecrecer cuando aumenta la carga. Este motor
se conoce con el nombre de"motor compound diferencial".
CONTACTORESUncontactores un componente electromecnico que tiene
por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea
en el circuito de potencia o en el circuito de mando,tan pronto se
energice la bobina (en el caso de ser contactores instantneos).
Uncontactores un dispositivo con capacidad de cortar lacorriente
elctricade un receptor o instalacin, con la posibilidad de ser
accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento:
una estable o de reposo, cuando no recibe accin alguna por parte
del circuito de mando, y otra inestable, cuando acta dicha accin.
Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los
esquemas elctricos, su simbologa se establece con las letras KM
seguidas de un nmero de orden.
Funcionamiento
Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere
gobernar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes
principales y segn el nmero de vas de paso de corriente podr ser
bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. realizndose las maniobras
simultneamente en todas las vas.Los contactos auxiliares son de dos
clases abiertos, NA, y cerrados, NC. Estos forman parte del
circuito auxiliar del contactor y aseguran las autoalimentaciones ,
los mandos, enclavamientos de contactos y sealizaciones en los
equipos de automatismo.Cuando la bobina del contactor queda
excitada por la circulacin de la corriente, esta mueve el ncleo en
su interior y arrastra los contactos principales y auxiliares,
estableciendo a travs de los polos, el circuito entre la red y el
receptor. Este arrastre o desplazamiento puede ser:Por rotacin,
pivote sobre su eje.Por traslacin, deslizndose paralelamente a las
partes fijas.Combinacin de movimientos, rotacin y traslacin.Cuando
la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del
resorte de presin de los polos y del resorte de retorno de la
armadura mvil.Si se debe gobernar desde diferentes puntos, los
pulsadores de marcha se conectan en paralelo y el de parada en
serie.
PULSADORES
Unbotnopulsadores undispositivoutilizado para activar alguna
funcin. Los botones son de diversa forma y tamao y se encuentran en
todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos
elctricos o electrnicos. Los botones son por lo general activados
al ser pulsados, normalmente con un dedo. Corriente mientras es
accionado. Cuando ya no se acta sobre l vuelve a su posicin de
reposo.Puede ser el contacto normalmente cerrado en reposo NC, o
con el contacto normalmente abierto NA.
Funcionamiento
Un botn de un dispositivo electrnico, funciona por lo general
como uninterruptorelctrico, es decir en su interior tiene dos
contactos, uno, si es un dispositivo NA (normalmente abierto) o NC
(normalmente cerrado), con lo que al pulsarlo se activar la funcin
inversa de la que en ese momento este realizando.
3. ELEMENTOS A UTILIZAR:
Multimetro Puente de resistencias Motor DC Megmetro
4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIN:
1. Reconocer e identificar los terminales del motor , elaborar
el esquema de conexiones de los componetes encontrados
.(identificar el motor segn la informacin obtenida).
RPM=3000IM =0.9 AV=50VMotor 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 interna de campo: 156.1 ohmsResistencia interna de
Armadura: 22.6 ohms
3. Elaborar el diagrama completo de conexiones del motor
ensayado segn normas vigentes e incluya los valores de las
resistencias internas en los smbolos graficados.
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.
Resistencia []Resistencia []Resistencia []Resistencia []
R1-22.0R7-81.8R13-141.9R19-201.8
R2-32.0R8-91.8R14-151.9R20-211.8
R3-41.9R9-101.7R15-161.8R21-221.8
R4-51.9R10-111.7R16-171.8R22-231.8
R5-61.8R11-121.7R17-181.8R23-241.8
R6-71.9R12-131.7R18-191.8R24-11.7
5. Implementar el circuito de arranque simple del motor de
corriente continua segn las instrucciones del cdigo elctrico
nacional , graficar los circuitos de fuerza y control
aplicados.
5. CUESTIONARIO5.1.-defina la funcin de cada componente ubicado
en el motor ensayado
1. Culata: constituye el estator que pertenece al circuito
magnetico inductor y que ejerce la funcin de soporte mecnico de la
maquina elctrica. 2. Ncleo polar: encargados de fijar los
polos,realizadas en chapas de acero convenientemente apiladas sobre
las que se coloca el devanado inductor o de excitacin.3. Zapata
polar: es la parte prxima al rotor representa una expansin
magnetica4. Polo auxiliar: sirven para mejorar la conmutacin. 5.
Polo auxiliar.6. Inducido: para este tipo de maquina el inducido
seria la parte mvil de la maquina es decir el rotor.7. Devanado del
inducido: este devanado recibe el flujo del devanado de excitacin y
se inducen en el corrientes que se cierran por el circuito
exterior.8. Devanado de excitacin: crea el flujo en el entrehierro
y por ello se denomina inductor.9. Devanado de los polos
auxiliares: el devanado de este polo se conecta en serie con el
devanado de inducido.10. Colector de delgas o conmutador: es el
encargado de la conversin mecnica de la corriente alterna inducida
en las bobinas en corriente continua de salida.11-12. Escobilla: es
el encargado de extraer o suministrar corriente elctrica.
ESTATOR: Constituye la parte fija de la mquina. Su funcin es
suministrar el flujo magntico que ser usado por el bobinado del
rotor para realizar su movimiento giratorio.
PARTES DEL ESTATOR
Armazn: Denominado tambin yugo, tiene dos funciones
primordiales: servir como soporte y proporcionar una trayectoria de
retorno al flujo magntico del rotor y del imn permanente, para
completar el circuito magntico.
Imn permanente: Compuesto de material ferromagntico altamente
remanente, se encuentra fijado al armazn o carcaza del estator. Su
funcin es proporcionar un campo magntico uniforme al devanado del
rotor o armadura, de modo que interacte con el campo formado por el
bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la
interaccin de estos campos.
Escobillas: Las escobillas estn fabricadas se carbn, y poseen
una dureza menor que la del colector,para evitar que ste se
desgaste rpidamente. Se encuentran albergadas por los
portaescobillas. Ambos, escobillas y portaescobillas, se encuentran
en una de las tapas del estator. La funcin de las escobillas es
transmitir la tensin y corriente de la fuente de alimentacin hacia
el colector y, por consiguiente, al bobinado del rotor.
Portaescobillas: Su funcin es mantener a las escobillas en su
posicin de contacto firme con los segmentos del colector. Esta
funcin la realiza por medio de resortes, los cuales hacen una
presin moderada sobre las escobillas contra el colector. Esta
presin debe mantenerse en un nivel intermedio pues, de ser
excesiva, la friccin desgastara tanto a las escobillas como al
colector; por otro lado, de ser mnima esta presin, se producira lo
que se denomina "chisporroteo", que es cuando aparecen chispas
entre las superficies del colector y las escobillas, debido a que
no existe un buen contacto.
ROTOR
Constituye la parte mvil del motor, proporciona el torque para
mover a la carga.
PARTES DEL ROTOR
Inducido de C.C.Eje: Formado por una barra de acero fresada.
Imparte la rotacin al ncleo, devanado y al colector.
Ncleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas
de acero, su funcin es proporcionar un trayecto magntico entre los
polos para que el flujo magntico del devanado circule.
Devanado: Consta de bobinas aisladas entre s y entre el ncleo de
la armadura. Estas bobinas estn alojadas en las ranuras, y estn
conectadas elctricamente con elcolector, el cual debido a su
movimiento rotatorio, proporciona un camino de conduccin
conmutado.
Colector:Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se
llevan a cabo intercalando una corona de cobre partida en
sectores.
El colector consta a su vez de dos partes bsicas:
Delgas: Son los sectores circulares, aislados entre s, que tocan
con las escobillas y a su vez estn soldados a los extremos de los
conductores que conforman las bobinas del rotor.Micas:Son lminas
delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de
manera que elconjuntoforma una masa compacta y mecnicamente
robusta.
Visto el fundamento por el que se mueven los motores de C.C., es
fcil intuir que la velocidad que alcanzan stos dependen en gran
medida del equilibrioentre el par motor en el rotor y el par
antagonista que presenta la resistenciamecnicaen el eje.
5.2.-los valores de resistencia de aislamiento son los
adecuados?, explique porque?.El correcto mantenimiento del sistema
aislante de una mquina elctrica constituye un factor clave para
asegurar su fiabilidad. La resistencia de aislamiento de los
devanados de una mquina elctrica rotativa es funcin del tiempo y
estado de los materiales utilizados en su constitucin, as como de
la tcnica de conformacin del sistema aislante. En general, la
resistencia de aislamiento vara proporcionalmente con el espesor
del aislamiento y la superficie exterior de los conductores.El
sistema aislante elctrico, constituido bsicamente por un material
de buenas caractersticas Aislantes, trmicas y qumicas como la mica,
un material flexible que sirve de soporte (papel o fibra de vidrio)
y un aglutinante que pegue las diversas capas y que rellene los
huecos (por ejemplo: resinas sintticas), es un medio o material
colocado entre conductores a diferentes potenciales (cobre de los
devanados y hierro de los ncleos magnticos, carcasas y otros
elementos estructurales) que slo permite que circule a travs de l
una pequea corriente en fase con elvoltaje aplicado.
5.3.-deacuerdo al cdigo elctrico nacional elabore el diagrama de
representacin del motor ensayado , y los corcuitos de furza y de
control correspondientemente.
5.4.-describa Por qu las diferencias de valores resistivos entre
las bobinas del estator y la bobinas del rotor?.Porque en el
estator estn solamente los campos de excitacin, estos devanados de
campo consumen muy poca corriente porque solamente generan un campo
magntico, por tal motivo tienen mucha resistencia elctrica,
mientras que el rotor armadura es el que hace el trabajo mecnico y
es quien realmente transforma la potencia elctrica en mecnica por
lo que su resistencia es baja para permitir el paso de la corriente
o amperaje necesario, claro que muchos motores tienen en el estator
adems de sus bobinas de excitacin principal; devanados serie que
tienen resistencias muy bajas pero esto es porque se conectan en
serie con el rotor y por lo tanto circula la misma corriente por
estas bobinas y por el rotor.Por ejemplo un motor de Cd de 40 kw a
200 vcd, solamente utiliza aproximadamente 6 ampres para la
excitacin mientras que la armadura utiliza 200 ampres, como sabemos
la corriente es inversamente proporcional a la resistencia del
circuito, por lo tanto en este ejemplo verificaramos que la
resistencia impedancia de la exitacion andara alrededor de 33 ohms
mientras que la de la armadura seria de aprox. de 1 ohm5) Describa
las ventajas y desventajas de la utilizacin de maquinas de
corriente continua en aplicaciones industriales.
5.5.-descrba las ventajas y desventajas de la utilizacin de
maquinas de corriente continua en aplicaciones
industriales.Ventajas:
La gran variedad de la velocidad Este tipo de motores
proporciona un buen par de arranque y un eficiente control de la
velocidad El motor de corriente continua mantiene un rendimiento
alto en un amplio margen de velocidadesAlta capacidad de
sobrecargaFacilidad deinversinde marcha de los motores grandes con
cargas de gran inerciaDesventajas:
Elpreciode un motor de corriente continua es considerablemente
mayor que el de un motor de induccin de igualpotencia.Otra
desventajas del motor de corriente continua son el obligado
mantenimiento de las escobillas No es posible mantener el par con
el rotor parado ms de unos segundos, debido a los calentamientos
que se producen en el colector.
5.6.-la evaluacin de las resistencias registradas entre dos
delgas consecutivas del conmutador, son iguales?, explique
brevemente.Despus de medir la resistencia entre las delgas del
motor se obtuvieron los siguientes resultados para las siguientes
24 delgas todas, medidas en ohmios.
Resistencia []Resistencia []Resistencia []Resistencia []
R1-22.0R7-81.8R13-141.9R19-201.8
R2-32.0R8-91.8R14-151.9R20-211.8
R3-41.9R9-101.7R15-161.8R21-221.8
R4-51.9R10-111.7R16-171.8R22-231.8
R5-61.8R11-121.7R17-181.8R23-241.8
R6-71.9R12-131.7R18-191.8R24-11.7
En la construccin de los bobinados no se tiene la misma longitud
para cada bobina por lo que algunas son ms largas o ms cortas que
otras varan su resistencia al depender esta de la geometra del
material.
6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Se reconoci y ubico a los diferentes componentes de las mquinas
de corriente continua (motor DC), tomando lecturas de la
resistencia interna y realizando el montaje de los circuitos de
fuerza y control correspondiente. Es una de las mquinas ms
verstiles en la industria, ya que gracias a su fcil control de
posicin, par y velocidad permite que se pueda aplicar en muchos
mbitos, tales como el control, la aplicacin de procesos y lo ms
importante, la capacidad de entregar hasta 5 veces el par nominal
en comparacin con un motor de corriente alterna. Los motores D.C
generan torque a travs de la interaccin de los campos magnticos El
campo magntico principal es desarrollado por los polos del motor El
campo magntico que interacta con el campo magntico principal es
producido por la armadura y su amplitud est determinada por la
corriente de armadura
7. BIBLIOGRAFIA
http://www.tuveras.com/maquinascc/estructura.htm
http://referencias111.wikispaces.com/file/view/Capitulo1.pdf
http://www4.tecnun.es/asignaturas/SistElec/Practicas/PR_SIS_03.pdf
http://html.rincondelvago.com/generadores-y-motores-de-corriente-continua.html
JESUS QUICAO QUISPEPGINA 14