Practica #7: Características de Maquina DC Jorge Morocho
[email protected].
[email protected] ec Miguel Mayancela
[email protected] Byron Javier Viscaino
[email protected] Jaime Mauricio Balarezo
[email protected] [email protected] Los motores son maquinas rotativas los cuales presentan características características únicas en su funcionamiento, funcionamiento, estas pueden funcionar con corriente DC o AC, en el presente se muestra las partes que conforman un motor DC y sus características características que se presentan al conectarlo en modo serie y en modo shunt, además del calculo de su resistencia interna y de la medición de la inductancia que se obtiene en los diferentes modos de conexión. Resumen. –
I. • • •
OBJETIVO
Identificar las partes de un motor DC. Realizar las conexiones indicadas: shunt, serie. Determinar los valores resistivos correspondientes a los modos de conexión shunt y serie.
II.
INTRODUCCION
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 F.e.m. mayor del motor funcionando como generador. Esto reduce la velocidad del motor, teniéndose así un método de frenado. Se puede t ener frenado regenerativo cuando la energía retorna a la línea o frenado dinámico cuando la energía se disipa en una resistencia. Según la Ley de Lorentz, cuando un conductor conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un ca mpo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha, con módulo.
• • • •
(campo magnético principal) se conecta en serie con la armadura. Este devanado está hecho con un alambre grueso porque tendrá que soportar la corriente total de l a armadura. Debido a esto se produce un flujo magnético proporcional a la corriente de armadura (carga del motor). Cuando el motor tiene mucha carga, el campo de serie produce un campo magnético mucho mayor, lo cual permite un esfuerzo de torsión mucho mayor. Sin embargo, la velocidad de giro varía dependiendo del tipo de carga que se tenga (sin carga o con carga completa). Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y pueden acelerar cargas pesadas rápidamente.
F: Fuerza F: Fuerza en newtons I: Intensidad I: Intensidad que recorre el conductor en amperios l: Longitud l: Longitud del conductor en metros lineales B: inducción B: inducción medido en teslas. III.
MARCO TEORICO
Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos: MOTOR SERIE: es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo
Figura 1. Esquema de la conexión serie
MOTOR SHUNT O MOTOR PARALELO: es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar. Al igual que en las dinamos shunt, 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.
Figura 2. Esquema de la conexión shunt.
c orriente MOTOR COMPOUND: es un motor de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es
conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo. Esto provee una característica de velocidad que no es tan "dura" o plana como la del motor shunt, ni tan "suave" como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio.
arrolladas sobre las ranuras de un núcleo de hierro que recibe el nombre de inducido.
Rotor
Polos
Figura 5. Rotor
– Colector de delgas: son un conjunto de láminas de cobre, aisladas entre sí, que forman el colector y a las cuales se sueldan los extremos de las bobinas inducidas. El conjunto se monta sobre un eje y está apoyado sobre cojinetes. – Escobillas de grafito: se encuentran montadas sobre las portaescobillas, están en contacto permanente con el colector y suministran la corriente eléctrica a las bobinas inducidas.
Escobillas
Figura 3. Esquema de la conexión compuesta.
Partes que conforman el motor. – Estátor: es la parte fija del motor responsable del establecimiento del campo magnético de excitación. En su interior se encuentran distribuidos, en número par, los polos inductores, sujetos mediante tornillos a la carcasa, están constituidos por un núcleo y por unas expansiones en sus extremos. Alrededor de los polos se encuentran unas bobinas, que constituyen el devanado inductor, generalmente de hilo de cobre aislado, que, al ser alimentados por una corriente continua, generan el campo inductor de la máquina, presentando alternativamente polaridades norte y sur.
Figura 6. Escobillas.
-Entrehierro: es el espacio situado entre el estátor y el rotor, es por donde el flujo magnético pasa de uno a otro. Algunos motores además incorporan polos de conmutación, rodeados por unas bobinas conectadas en serie con el devanado inducido y recubiertas de una película aislante para evitar cortocircuitos.
Carcasa
Figura 7. Partes de un motor DC
Figura 4. Carcasa del motor.
-Rotor: es la parte móvil del motor, que proporciona el par para mover la carga. Consta de un conjunto de bobinas denominadas bobinas inducidas que van
Proceso de conexión.
Calculo de la resistencia. Para determinar la resistencia se hace uso de la siguiente expresión.
= ∗ 1 + ∗ ∆ Donde: R0 = Temperatura del conductor a 20°. = Coeficiente de incremento térmico de la resistividad del material. ∆ = Diferencia de temperatura de trabajo respecto de la temperatura medida. Para todos los casos = 3.93 ∗ 10 Resistencia de la armadura.
= ∗ 1 + ∗ ∆ =
10.1 1.31
= 7.70 Ω
∆ = 75° − 24.4 = 50.6 = 7.70 ∗ 1 + 3 . 9 3 ∗ 1 0 ∗ 50.6 = . Figura 8. Diagrama del proceso
IV.
Resistencia conexión Shunt.
DESARROLLO
=
13.1 0.05
= 262 Ω
Características de inductancia y resistencia.
∆ = 75° − 24 = 51 Para la medición de resistencia interna del motor DC utilizamos el método voltoamperometrico en el cual medimos el voltaje y la corriente que circula por los devanados, para el caso se obtuvo la siguiente tabla de medición. Parte
Armadura Shunt Serie
Voltaje (V)
Corriente
Temp C°
L
101 13.1 2.88
1.31 A 0.05 A 4.9 A
24.4 24 22.4
50.85 mH 5.27 H 36.07mH
Tabla1. Datos obtenidos
Al igual que las maquinas estáticas el motor DC posee valores resistivos, tanto en la armadura como en la conexión shunt y la conexión serie. La temperatura nominal de la maquina es de 75° por lo que los parámetros resistivos se calculan en base a este valor.
= 262 ∗ 1 + 3.93 ∗ 10 ∗ 51 = !. " Resistencia conexión serie.
=
2.## = 0.5# Ω 4.9
∆ = 75° − 22.4 = 50.6 = 0.5# ∗ 1 + 3.93 ∗ 10 ∗ 52.6 = $. % Los anteriores datos calculados se establecen cuando las condiciones de trabajo son normales, sin embargo, se debe de determinar todos los casos posibles, por ejemplo, en las condiciones que se exige el máximo de la maquina esta esta va a alcanzar una temperatura y su valor resistivo seria otro, en este caso se debe de encontrar los valores resistivos para temperatura nominal de trabajo.
Resistencia de la armadura en temperatura nominal.
VI.
RECOMENDACIONES
= ∗ 1 + ∗ ∆ •
∆ = 75° = 7.70 ∗ 1 + 3.93 ∗ 10 ∗ 75 = . % Resistencia nominal.
conexión
Shunt
en
temperatura
VII.
∆ = 75 = 262 ∗ 1 + 3.93 ∗ 10 ∗ 75 = . Resistencia conexión serie.
∆ = 75 = 0.5# ∗ 1 + 3.93 ∗ 10 ∗ 75 = $. &" Como es de conocimiento a mayor temperatura mayor es la resistencia del material, como se observa en los datos calculados su valor resistivo incrementa, sin embargo, su variación no es tanta, por lo que el motor podrá trabajar a su temperatura nominal sin demasiadas perdidas. Tablas de valores calculados.
Ω 9.13 314.5 0.699
'( Ω 9.96 339.22 0.75
Tabla 2. Valores resistivos calculados.
V. •
Para evitar daños a la maquina es necesario observar los valores nominales de voltaje y corriente, con estos datos en mente podemos realizar un margen de operaciones de la máquina, los cuales no se deben exceder para un óptimo rendimiento del motor.
CONCLUSIONES
El método voltamperometrico estudiado en la toma de datos del transformador monofásico y trifásico, es aplicable de la misma forma en el motor DC con la diferencia de que este ya no es una maquina estática sino una rotatoria, las condiciones para la toma de datos como el voltaje y corriente varían de cierta manera, pero el concepto es el mismo. En este caso una vez el rotor empieza su giro debemos de disminuir la tensión hasta que este se detenga por completo, una vez llegado a este punto se procederá a tomar lo datos pertinentes.
REFERENCIAS
[1] frba. (12 de Noviembre de 2015). Obtenido frba: http://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/el ectrotecnica_y_maquinas_electricas/apuntes/7_transfo rmador [2] S. J. Chapman, Máquinas eléctricas, 4ta Ed.,México.Mc. GrawHill, 200
