Laboratorio de maquinas de corriente directa y de induccion.
Practica 1: Principio general de funcionamiento de la máquina de corriente directa. Equipo 1: José Martín López Arteaga Apolinar Alejandro Onofre
208306216 209300459
México D.F. a 10 de Septiembre del 2013.
Objetivos.
Medir las resistencias de los devanados de c.d., por los distintos métodos: puente de Wheaststone, multímetro digital, y método V-I. Localizar la posición neutra de las escobillas. Determinar experimentar los cambios que sufre en su velocidad un motor de c.d. ante distintas variaciones de los parámetros. Justificar teóricamente a partir de fórmulas y/o ecuaciones, los cambios del motor de c.d. en base al inciso anterior.
Introducción teórica. El voltaje inducido en una máquina de c.d. está determinado por tres factores: El flujo ϕ en la máquina. La velocidad ω del rotor de la máquina. Una constante que depende de la construcción de la máquina. Para determinar el voltaje en el devanado del rotor (inducido) de una máquina, se sabe que es igual al número de conductores en una rama en paralelo multiplicado por el voltaje inducido en cada conductor que se encuentra en un polo. Se tiene la siguiente ecuación: eind = vBl = e Por lo tanto, el voltaje de salida de la armadura de la máquina es: EA = ZvBl / a donde Z es el número total de conductores y a es el número de ramas en paralelo. La velocidad de un conductor del rotor se puede expresar como v = rω donde r es el radio del rotor, así tenemos: EA= ZrBl / a Este voltaje se puede expresar de una manera más conveniente si se tiene en cuenta que el flujo medio de un polo es igual al producto de la densidad de flujo en el polo por su área, es decir =BAp. El rotor de la máquina tiene forma cilíndrica, por lo tanto su área es : A= 2πrl. Si la máquina tiene P polos, entonces la porción del área asociada con cada polo es el área total A dividida por el número de polos P, es decir Ap=A/P. Entonces, el flujo total por polo por máquina es:
=BAp=B(2πrl)/P
Así que el voltaje interno generado en la máquina puede expresarse como: EA=ZP / 2πa Finalmente: EA= K;
K=ZP/2πa
Instrumentos y equipos.
1 Módulo de fuente de energía (120Vca,0-120Vca,0-120Vcd). 1 Máquina de c.d. 1 Electrodinamómetro. 1 Tacómetro manual. 1 Puente de Wheatstone. 3 Multímetros digitales. 1 Banda de acoplamiento. 2 Juegos de cables de conexión.
Procedimiento. A. Medición de la resistencia de los devanados de la máquina de c.d. Medir la resistencia de los siguientes devanados de la máquina de c.d.: Devanado serie. Devanado paralelo (campo shunt). Devanado de Armadura. Para ello se emplearán los siguientes métodos: a) Multímetro. Disponiendo del multímetro digital, introducir las puntas del Ohmetro en cada una de las terminales señaladas anteriormente anotando las lecturas obtenidas en la Tabla No. 1. b) Puente de Wheatstone De igual forma, medir las resistencias de los devanados, pero ahora disponiendo de un Puente de Wheatstone, anotando las lecturas en la Tabla No 1. c) Métodos V-I. Medir las resistencias empleando el módulo de medición de c.d. y conectando los siguientes circuitos:
Tabla No 1. Medición de las resistencias de los devanados de la máquina de c.d. DEVANADO PUENTE DE MULTÍMETRO MÉTODO V-I MÉTODO V-I WHEATSTONE DIGITAL [] [] [] [] (FIG. No.1) (FIG. No.2) CAMPO SERIE 1.72 2.2 1.6996 1.8526 CAMPO 255.4 255.5 261.44 261.59 SHUNT CAMPO EN LA 10.1 10.6 8.0392 9.3179 ARMADURA Para la figura No.1 se obtuvieron los siguientes datos:
Grafica 1. Metodo V-I para la figura 1 en el campo serie. Tension [V]
8 Metodo V-I para la figura 1 en el campo serie. Corriente [A]
6 4 2
Ajuste lineal
0 0
1
2
3
4
y = 1.7511x - 0.0515 R² = 0.9998
Método V-I para la figura 1 en el campo serie. Tensión Corriente [V] [A] 1.3 0.79 2.6 1.49 3.9 2.26 5.3 3.05 6.5 3.75
Corriente [A] En la pendiente de la gráfica 1 se muestra el valor de la resistencia en el campo serie para la figura 1 mediante el método de corriente contra voltaje.
Grafica 2. Metodo V-I para la figura 1 en el campo Shunt. Tension [V]
150 Metodo V-I para la figura 1 en el campo Shunt.
100 50
Ajuste lineal 0 0
0.2
0.4
0.6
y = 260.2x + 1.24 R² = 0.9992
Corriente [A]
Método V-I para la figura 1 en el campo Shunt. Tensión Corriente [V] [A] 27 0.1 52.6 0.2 80.1 0.3 106.8 0.4 130 0.5
En la pendiente de la gráfica 2 se muestra el valor de la resistencia en el campo shunt para la figura 1 mediante el método de corriente contra voltaje.
Gráfica 3. Metodo V-I para la figura 1 en la armadura. Tension [V]
20 15
Metodo V-I para la figura 1 en la armadura.
10 5
Ajuste lineal
0 0
1
2
y = 8.3215x - 0.2823 3 R² = 0.9934
Corriente [A]
Método V-I para la figura 1 en la armadura. Tensión Corriente [V] [A] 3.3 0.41 6.5 0.79 9.6 1.23 12.4 1.59 17.3 2.05
En la pendiente de la gráfica 3 se muestra el valor de la resistencia en el campo de la armadura para la figura 1 mediante el método de corriente contra voltaje.
Para la figura No.2 se obtuvieron los siguientes datos:
Grafica 4. Metodo V-I para la figura 2 en el campo serie. Tension [V]
8 6
Metodo V-I para la figura 2 en el campo serie. Ajuste lineal
4 2 0 0
1
2
3
4
y = 1.8986x - 0.046 R² = 0.9993
Corriente [A]
Método V-I para la figura 2 en el campo serie. Tensión Corriente [V] [A] 1.4 0.79 2.8 1.49 4.3 2.26 5.8 3.05 7 3.75
En la pendiente de la gráfica 4 se muestra el valor de la resistencia en el campo serie para la figura 2 mediante el método de corriente contra voltaje.
Grafica 5. Metodo V-I para la figura 2 en el campo Shunt. Tension [V]
150
Metodo V-I para la figura 2 en el campo Shunt. Ajuste lineal
100 50
y = 259.9x + 1.69 R² = 0.9996
0 0
0.2
0.4
Corriente [A]
0.6
Método V-I para la figura 2 en el campo Shunt. Tensión Corriente [V] [A] 27.6 0.1 53 0.2 80.3 0.3 106.7 0.4 130.7 0.5
En la pendiente de la gráfica 1 se muestra el valor de la resistencia en el campo serie para la figura 1 mediante el método de corriente contra voltaje.
Grafica 6. Metodo V-I para la figura 2 en la armadura. Tension [V]
20 15
Metodo V-I para la figura 2 en la armadura.
10 5
Ajuste lineal
0 0
0.5
1 Corriente [A]
1.5
2
y = 11.12x - 1.8021 R² = 0.9406
Método V-I para la figura 2 en la armadura. Tensión Corriente [V] [A] 2.7 0.32 5.4 0.65 7.8 0.96 11 1.3 17.8 1.6
En la pendiente de la gráfica 6 se muestra el valor de la resistencia en el campo serie para la figura 2 mediante el método de corriente contra voltaje.
Concluir cuál de los cuatro métodos es el más preciso para medir las resistencias y de manera particular, cuál de los dos métodos de V-I es mejor para cada tipo de resistencias (sea alta o baja) y explicar (analíticamente) por qué.
B. Localización de la posición neutra de las escobillas. Se utilizará corriente alterna para esta prueba. Arme el siguiente circuito:
a) Mueva el porta escobillas hasta el extremo máximo en el sentido de las manecillas del reloj.
b) Conecte la fuente de alimentación de c.a. y alimenta gradualmente al motor hasta que el voltímetro conectado al campo en derivación indique 80 Vca. Aproximadamente. c) Introduzca cuidadosamente la mano detrás de la cara frontal del módulo (cuidando tener la otra mano en el bolsillo y mueva el porta escobillas de la posición inicial hasta el otro extremo. Observará que el voltaje inducido al campo shunt disminuye a cero y luego aumenta como se desplaza el porta escobillas. d) Deje las escobillas en donde el voltaje del inducido sea cero. Este punto corresponde al plano neutro del motor.
C. Principios generales de funcionamiento 1.- Comparar el efecto sobre la velocidad sin carga. a) Conectar el motor en derivación (figura 4), variar la tensión de alimentación de 10 en 10 VCD hasta 120 VCD, fijar la corriente de excitación en un valor fijo, registrar los datos en la tabla No.3. b) Conectar el motor en excitación separada (figura 5), variar la tensión de alimentación de la armadura de 10 en 10 VCD hasta 120 VCD, fijar la corriente de excitación en un valor fijo, registrar los datos en la tabla No.3. b) Conectar el motor en excitación separada (figura 5), variar la tensión de alimentación de la armadura de 10 en 10 VCD hasta 120 VCD, fijar la corriente de excitación en un valor fijo, registrar los datos en la tabla No.3.
Tabla No. 3 Figura No. 4 Tensión Velocidad [V] (RPM) 40.4 1411 50.1 1609.9 60.1 1947 70.1 2238 80.1 2562
Tabla No.3 Figura No. 5 Tensión Velocidad [V] (RPM) 20 214 30 345 40 464 50 575 60 674 70.2 702.6 80 919 90 1052.5 100.2 1173.3 110.3 1264 120.1 1413
2. Efecto sobre la velocidad con carga. a) Conectar el motor en derivación (figura 6), con un voltaje de 100 VCD, un par pequeño, registrar los datos en la tabla No. 4. b) Reducir a la mitad la tensión de las terminales del inducido manteniendo constante la Iexc., y el par resistente, registrar los datos en la tabla No. 4
c) Doblando el flujo inductor pero manteniendo constante la tensión en la armadura y par resistente, registrar los datos en la tabla No. 4. Nota: El flujo se dobla aumentando la corriente al doble, recordando Fmm = NI= φR. d) Reduciendo a la mitad tanto el flujo de excitación como la tensión en el inducido, registrar los datos en la tabla No. 4.
Paso
a b c d
Tabla No. 4 Tensión (Volts) Velocidad (rpm)
100.7 50.4 38 38.1
1593 889 1043 1093
Corriente de excitación (Amperes) 0.23 0.18 0.1 0.5
Cometarios y conclusiones.
José Martín López Arteaga. Para el paso a); observamos que el mejor instrumento o medio para medir la resistencia es por medio del puente de Wheatstone, ya que es un instrumento diseñado especialmente para medir resistencia. De los métodos V-I el mejor es el de la figura 1 ya que por la forma en que están conectados los aparatos permite una mejor lectura. Para el paso b), se observa el efecto de las escobillas en diversos puntos de la armadura por flujo generado al ser alimentada, de esta forma se halla el punto neutro de la máquina. Para el paso c.1), al conectar el motor en derivación se observa que se tiene menos control de la velocidad ya que esta se dispara al aumentar el voltaje, y al conectar el motor en excitación separada se observa que se tiene un mayor control sobre la velocidad o al menos se mantiene más constante. Para el paso c.2), se observan los efectos del motor con carga y cómo se comportan sus parámetros al variar sus conexiones. Conclusión. Se concluye que el mejor método para medir resistencia es el puente de Wheatstone, al localizar el punto neutro de la maquina se puede aumentar su eficiencia y disminuir el desgaste del colector. Al conectar el motor sin carga en derivación se observa como la velocidad tiende a aumentar al punto que sin variar los parámetros esta sigue aumentando; al conectar el motor
sin carga en excitación separada la velocidad solo aumenta si se aumenta el voltaje de entrada. Al conectar el motor en derivación pero con carga y al variar sus parámetros se observan varias características como que se puede reducir a la mitad su voltaje y mediante la variación de flujo se pude aumentar la velocidad y a la vez aumentar el par de la máquina, así que se concluye que la máquina de c.d. tiene varios parámetros que nos ayudan a contralar la máquina de c.d. y por lo tanto no solo se puede controlar su velocidad por el voltaje de entrada.