UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIASFISICASY FORMALES

PROGRAMA PROFECIONAL DE INGENIERIA MECANICA, MECANICA ELECTRICA Y MECATRONICA

MAQUINAS ELECTRICAS II

TERCER INFORME

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

MEDINA VILLEGAS, ARNULFO ANDRE

OCTAVO SEMESTRE

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES

PROGRAMA PROFESIONAL DE NGENIERIA MECANICA MECANICA ELECTRICA Y MECATRONICA

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II

GUIA PRACTICA

Expreciencia N°3.- ESTRUCTURA E INSTALACION DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

1.-OBJETIVO: Revisar, estudiar y aplicar la teoria estudiada para reconocer y ubicar a los diferentes componentes de las maqunas de corriente continua, tomando lectura de las resistencias internas de cada uno de ellos y realizar el ensamble observando las normas de seguridad

2.-FUNDAMETO TEORICO:

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio. En algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales. Su principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y laborioso.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estátor que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estátor además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas.

También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales.

Estator

El estátor es la parte fija de una máquina rotativa y uno de los dos elementos fundamentales para la transmisión de potencia (siendo el otro su contraparte móvil, el rotor). El término aplica principalmente a la construcción de máquinas eléctricas y dependiendo de la configuración de la máquina, el estátor puede ser:

El alojamiento del circuito magnético del campo en las máquinas de corriente continua. En este caso, el estátor interactúa con la armadura móvil para producir par motor en el eje de la máquina. Su construcción puede ser de imán permanente o de electroimán, en cuyo caso la bobina que lo energiza se denomina devanado de campo.

El alojamiento del circuito de armadura en las máquinas de corriente alterna. En este caso, el estátor interactúa con el campo rotante para producir el par motor y su construcción consiste en una estructura hueca con simetría cilíndrica, hecha de láminas de acero magnético apiladas, para así reducir las pérdidas debidas a la histéresis y las corrientes de Foucault.

Las partes principales son: carcasa, escudos, rodamientos (balineras, cojinetes), eje, bornera, entre otros.

Rotor

El rotor es el componente que gira (rota) en una máquina eléctrica, sea ésta un motor o un generador eléctrico. Junto con su contraparte fija, el estátor, forma el conjunto fundamental para la transmisión de potencia en motores y máquinas eléctricas en general.

El rotor está formado por un eje que soporta un juego de bobinas arrolladas sobre un núcleo magnético que gira dentro de un campo magnético creado bien por un imán o por el paso por otro juego de bobinas, arrolladas sobre unas piezas polares, que permanecen estáticas y que constituyen lo que se denomina estátor de una corriente continua o alterna, dependiendo del tipo de máquina de que se trate.

En máquinas de corriente alterna de mediana y gran potencia, es común la fabricación de rotores con láminas de acero eléctrico para disminuir las pérdidas asociadas a los campos magnéticos variables, como las corrientes de Foucault y las producidas por el fenómeno llamado histéresis.

Principio de Funcionamiento

Según la ley de Fuerza de Lorentz simplificada, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha.

F: Fuerza en newtons

I: Intensidad que recorre el conductor en amperios

l: Longitud del conductor en metros

B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas

El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado.

Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.

Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor

Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador de pines.

La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.

Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito.

La fuerza contraeloectromotriz en el motor depende directamente de la velocidad de giro del motor y del flujo magnetico del sistema inductor.

Número de escobillas

Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras. En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina. En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos.

Sentido de giro

El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido. La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido. Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.

Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina, y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la fuerza magnetomotriz.

El sentido de giro lo podemos determinar con la regla de la mano derecha, la cual nos va a mostrar el sentido de la fuerza. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el pulgar nos muestra hacia donde va la corriente, el dedo índice apunta en la dirección en la cual se dirige el flujo del campo magnético, y el dedo medio hacia donde va dirigida la fuerza resultante y por lo tanto el sentido de giro.

Reversivilidad

Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga.

En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica.

En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.

Variacion en el diseño del motor

Motores de corriente continua

Los motores de corriente continua se construyen con rotores bobinados, y con estatores bobinados o de imanes permanentes.

Si el estator es bobinado, existen distintas configuraciones posibles para conectar los dos bobinados de la máquina:

1. Motor de CD en serie: el devanado de estator y el devanado de rotor se conectan en serie.2. Motor de CD en paralelo: el devanado de estator y de rotor se conectan en paralelo.3. Motor de CD compuesto: se utiliza una combinación de ambas configuraciones.

Motores de imán permanente

Los de imán permanente tienen algunas ventajas de rendimiento frente a los motores síncronos de corriente continua de tipo excitado y han llegado a ser el predominante en las aplicaciones de potencia fraccionaria. Son más pequeños, más ligeros, más eficaces y fiables que otras máquinas eléctricas alimentadas individualmente.

3.-ELEMENTOS A UTILIZAR: Describa las caracteristicas de los elementos que se utilizaran en el desarrollo de la practíca.

Multimetro Puente de resistencias Megometro Autotransformador Amperimetro

Pulsadores Contactores Motor DC Rectificador de onda completa

4.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN:

Reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexión de los conponentes encontrados. (Indicar el tipo de motor según la informacion obtenida)

Datos de placa del Motor DC.

Tipo AA 296Volts 50Corriente DCN° 143811RPM 3000Amp 0.9Rating CONT

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: 157 ohmsResistencia interda de Armadura: 25.8 ohmsResistencia de asilamiento del campo: 2500 MohmsResistencia de aislamiento de la armadura: 2500 Mohms

Elaborar el diagrama completo de conexión del motor ensayado según normas vigente e incluya el valor de las resistencias internas en los simbolos graficados.

Identificar el conmutador y con el instrumento adecuado mida la resistencia de cada dos delgas consecutivas, en un cuadro represente los valores obtenidos de todas las delgas del conmutador.

DELGA RESISTENCIA ohms

1-2 1.12-3 1.13-4 1.14-5 1.05-6 1.16-7 1.27-8 1.18-9 1.19-10 1.210-11 1.111-12 1.212-13 1.213-14 1.114-15 2.215-16 7.816-1 1.3

157 ohms

25.8 ohms

Implementar el circuito de arranque simple del motor de corriente continua según las instrucciones de la practica de contactores, graficar los circuitos de fuerza y control aplicados

La corriente de arranque es de 0.58 A y la corriente de vacio es de 0.46 A

5.- CUESTIONARIO

5.1 Defina la funcion de cada componente ubicado en el motor ensayado Carcasa metálica o cuerpo del motor. Aloja en su interior, de forma fija, dos

imanes permanentes con forma de semicírculo, con sus correspondientes polos norte y sur.

Rotor o parte giratoria del motor. Se compone de una estructura metálica formada por un conjunto de chapas o láminas de acero al silicio, troqueladas con forma circular y montadas en un mismo eje con sus correspondientes bobinas de alambre de cobre, que lo convierten en un electroimán giratorio. Por norma general el rotor de la mayoría de los pequeños motores de C.D. se compone de tres enrollados o bobinas que crean tres polos magnéticos. Los extremos de cada una de esas bobinas se encuentran conectados a diferentes segmentos del colector.

Colector o conmutador. Situado en uno de los extremos del eje del rotor, se compone de un anillo deslizante seccionado en dos o más segmentos. Generalmente el colector de los pequeños motores comunes de C.D. se divide en tres segmentos.

Escobillas. Representan dos contactos que pueden ser metálicos en unos casos, o compuesto por dos piezas de carbón en otros. Las escobillas constituyen contactos eléctricos que se deslizan por encima de los segmentos del colector mientras estos giran. Su misión es suministrar a la bobina o bobinas del rotor a través del colector, la corriente eléctrica directa necesaria para energizar el electroimán. En los pequeños motores las escobillas normalmente se componen de dos piezas o flejes metálicos que se encuentran fijos en la tapa que cierra la carcasa o cuerpo del motor.

Tapa de la carcasa. Es la tapa que se emplea para cerrar uno de los extremos del cuerpo o carcasa del motor. En su cara interna se encuentran situadas las escobillas de forma fija. El motor de esta foto utiliza en función de escobillas dos flejes metálicos.

5.2 Defina la temperatura de regimen de una maquina rotatoria. ¿el motor analizado lo registra?, explique por que.Se llama temperatura de regimen o de servicio a la temperatura que la maquina rotativa llega a tener cuando trabaja a plena carga. El motor del experimento no lo registró porque trabajo en vacio y no ha plena carga.

5.3 Deacuerdo al Codigo Electrico Nacional elabore el diagrama de representacion del motor ensayado, y los circuitos de fuerza y control correspondientes

+

-

L1

N

1

2

5

6

22

21

13

14

15

16

A1

A2

K1

K1

K1

5.4 Describa porque las diferencias de valores resistivos entre las bobinas del estator y las bobinas del rotorPorque en el estator están solamente los campos de excitación, estos devanados de campo consumen muy poca corriente porque solamente generan un campo magnético, por tal motivo tienen mucha resistencia eléctrica, mientras que el rotor ó armadura es el que hace el trabajo mecánico y es quien realmente transforma la potencia eléctrica en mecánica 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 además de sus bobinas de excitación principal en conexión de 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.

5.5 Describa las ventajas y desventajas de la utilizacion de maquinas de corriente continua en aplicaciones industriales

Ventajas del motor de corriente continua:o Amplio rango de variación de velocidad

o Baja relación peso / potencia

o Alta eficiencia

o Bajo nivel de ruido

o Bajo momento de inercia

o Alta capacidad a cargas dinámicas

o Alta resistencia a vibraciones

Desventajas del motor de corriente continua:o Es mas barato el de AC

o AC Requiere menos mantenimiento porque carece de escobillas

o AC Lo puedes arrancar al la linea si no requieres velocidad variable.

o No tiene elementos de desgaste como el de DC Carbones

o El factor de potencia es mas alto en el ac y no depende de la velocidad ya

sea un arrancador o un inversor.o La regulacion de velocidad ahora; al parecer ya es mejor con los inversores

de nueva generacion para motores de ac pues los motores de DC tienden a dejarse de hacer.

5.6 Describa las perdidas fijas y las perdidas variables del motor, explique brevemente las ecuaciones matematicas que las sustentan

Pérdidas eléctricas Las máquinas eléctricas están formadas por circuitos eléctricos y o circuitos magnéticos. Los circuitos eléctricos se realizan mediante conductores de aluminio o cobre, los cuales presentan una resistencia eléctrica, la cual depende del material, su longitud y su sección de acuerdo a la siguiente expresión: R = ρ . L/S [Ω. mm2/m]

Siendo: ρ : la resistividad cuyo valor a 20 °C es de 0,017 [Ω. mm2/m] para el cobre y

0,0283 [Ω. mm2/m] para el aluminio

L: la longitud del conductor [m] S: la sección del conductor [mm2]

La resistencia cuando los conductores están trenzados, es superior debido a que la longitud real de los hilos es mayor que la del cable. El valor de la resistencia varía con la temperatura de acuerdo a la siguiente expresión: Rt = R20 (1 + α ∆t) Siendo:

o Rt : La resistencia a la temperatura de trabajo [Ω]

o R20 : La resistencia a 20 °C [Ω]

o α : Coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura,

o cuyo valor es 0,004.

o ∆t: Diferencia de temperatura con respecto a 20 °C

Pérdidas mecánicas

Este tipo de pérdidas se produce en aquellas máquinas que tienen partes en movimiento,

y se deben a:

Rozamientos en los cojinetes de apoyo del rotor

La parte en movimiento de las máquinas eléctricas reciben el nombre de rotor, y debido a la fricción entre el sistema en movimiento y la parte fija en el sistema de apoyo, se produce calor.

Rozamientos de las escobillas sobre el colector ó anillos

El pasaje de corriente desde una parte fija a una móvil en las máquinas eléctricas se obtiene a través de anillos rozantes ó escobillas sobre un colector, produciéndose calor debido a la fricción.

Rozamiento de las partes móviles

La fricción con el aire que rodea a las máquinas, de las partes que se encuentran en movimiento, produce también calor.

Potencia absorbida por el sistema de ventilación

Las máquinas cuentan con un sistema de paletas adosadas al eje a los efectos de extraer el calor de las mismas, la potencia que utilizan para impulsar el aire se la considera una pérdida. El conjunto de pérdidas analizado es función de la velocidad de rotación, dependiendo en forma directa las 3 primeras y en forma cúbica las de ventilación, lo cual se puede expresar de la siguiente forma:

pm = k1 ω + k2 ω3

Pérdidas magnéticas

Estas pérdidas son las debidas a las corrientes parásitas o de Foucault, y las de histéresis, las cuales se analizaron en el estudio de circuitos magnéticos, y cuyos valores están dados por las siguientes expresiones:

pF = KF. f2. B2max. [w/Kg]

pH = KH . f. B2max. [w/Kg]

La suma de estas pérdidas se las llama pérdidas en el hierro o pérdidas en el núcleo, siendo las mismas proporcionales a la inducción máxima o también al flujo magnético máximo, para una máquina ya construida, ya que la frecuencia y las dimensiones geométricas están definidas.

Pérdidas totales

El conjunto de las pérdidas analizadas son las pérdidas totales de las máquinas eléctricas, las cuales las podemos clasificar en pérdidas fijas ó constantes, las cuales no dependen de la potencia que esté entregando la máquina en cuestión y que son las pérdidas en el hierro y las mecánicas (ya que la velocidad de los equipos permanece prácticamente constante con el estado de carga de los mismos), y las pérdidas variables, como ser las pérdidas en el cobre, las cuales dependen de la carga que entregan en forma cuadrática con la misma.

ptotales = pFijas + pvariables = (pFe + pm) + pCu

6.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Se observa que la corriente de arranque y la corriente de trabajo son menores que la corriente indicada en la placa.

Se concluya que, al trabajar en vacio, no necesita mayor corriente para mover sus partes moviles internas.

Se observa que aunque el motor trabajaba con un voltaje de 50 voltios, el contactor auxiliar tenia que trabajar con 220 voltios para activar el rele.

Se observar que la resistencia de las delgas medidas aunque la mayoria fueron similares, uno tres resistencias de delgas medidas donde la resistencia vario y un par de delgas variaron drasticamente.

Se observo que no se indico en la conexión del motor que terminal era positivo y negativo. Se concluye que, al trabajar con corriente continua, la polaridad no importa.

7.- BIBLIOGRAFIA

Perdidas fijas y variables

http://www.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/Apuntes_EyM/Capitulo_6_Perdidas_y_calentamiento.pdf

Simbolos del Codigo Electrico Nacional

http://intranet2.minem.gob.pe/web/archivos/dge/legislacion/codigonacional/codigo1.pdf

Teoria de Maquinas de corriente continua

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/af_motor_cd/af_motor_cd_5.htm

http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-motores-de-corriente-continua-50037241-catalogo-espanol.pdf