INFORMES DE LABORATORIO

Bogot D.C., Colombia

INTRODUCCION

Los siguientes informes de laboratorio presentan el desarrollo de prcticas relacionadas con motores DC y AC y sus diferentes tipos de configuraciones, as como la teora necesaria para comprender las temticas en las que se entrara a hablar.

1. OBJETIVO GENERALReconocer las partes de cada tipo de motor (DC y AC), teniendo en cuenta los diferentes tipos de conexin, poniendo en funcionamiento la mquina para analizar su comportamiento ante las variaciones de voltaje, velocidad y el tipo de arranque dependiendo del tipo de montaje que se realice.Identificar las diferencias entre cada montaje para as saber en qu tipo de espacio es recomendable trabajar cada una de las maquinas.2. MARCO TEORICOComment by Luis Francisco Nio Sierra: Faltan ecuaciones

2.1 MOTOR DC:

El motor DC tiene como principio de funcionamiento un embobinado y un imn en el cual se produce el campo magntico que en conjunto con la corriente elctrica son bsicas para generar el movimiento del eje de dicho motor. Este tipo de motor posee dos bobinados diferentes: el bobinado de campo y el bobinado de armadura que es donde se genera la fuerza. [1]

Figura 1. Partes de un motor DC.

De acuerdo al tipo de conexin los motores DC se pueden clasificar en: motor en serie y motor en paralelo.

2.2 MOTOR DC EN PARALELO:

Este tipo de configuracin se utiliza para mantener la velocidad constante o variable con el fin de mantener un mejor rango de control. El par generado por el motor no es tan bueno como el de un motor conectado en serie. [2]

2.3 MOTOR DC EN SERIE:

En este tipo de configuracin las bobinas estn conectadas en serie en donde la corriente absorbida es la misma para la bobina de armadura y en la de carga. Si disminuye la carga del motor disminuye la corriente consumida y aumenta la velocidad del mismo.

2.4 MOTOR AC:

El motor AC sncronos es un motor elctrico el cual tiene una velocidad constante, que funciona al par con la frecuencia. La velocidad est determinada por el nmero de polos el cual la da fabricante y siempre es una relacin de la lnea de frecuencia, siendo esta proporcional al nmero de polos. [1]

Figura 1. Partes de un motor AC.2.5 MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

Un motor de rotor de jaula de ardilla, tambin es conocido como rotor en cortocircuito, es el ms sencillo y el ms utilizado actualmente. Este tiene barras en el devanado que van conectadas a unos anillos conductores denominados anillos extremos. El bobinado as dispuesto tiene forma de jaula de ardilla. Uno de los problemas de los motores de jaula de ardilla es que en el arranque absorbe una corriente muy alta y a la vez tiene una potencia muy baja, logrando as un toque pequeo. La baja resistencia del rotor hace que los motores de jaula de ardilla tengan excelentes caractersticas para marchas a velocidad constante. [2]

Figura 2. Partes de un motor jaula de ardilla.

2.6 MOTOR AC ESTRELLA:

La conexin en estrella se caracteriza por manejar corrientes pequeas y voltajes altos, este sistema se recomienda conectarlo de tal forma que este en equilibrio, es decir que sus voltajes y corrientes de lnea sean las mismas, para el buen funcionamiento, para esto conectamos un neutro y estabilizamos las tres lneas. [2]

2.7 MOTOR AC TRIANGULO:

La conexin triangulo maneja corrientes altas y voltajes bajos, de este acoplamiento se puede deducir que es un acoplamiento seguro ya que no genera ningn exceso de carga por lo que no es necesario conectarle una tierra.

2.8 VOLTAJE DE LNEA:

Voltaje de una fase con respecto a un voltaje de otra fase.

2.9 CORRIENTE DE LNEA:

Es la corriente de cada voltaje de fase, se mide con un multmetro de la fuente a la fase de la cual se desea conocer su corriente.

2.10 PWM:

La modulacin por ancho de pulso o (PWM) por su nombre en ingles (pulse with modulation) es una tcnica la cual consiste en coger una seal peridica, ya sea cuadrada o senoidal y modificar su ciclo de trabajo para asi controlar un voltaje inducido en un sistema.Ejemplo:

Figura 1 seal PWMEsta seal equivale a un 50% de la tensin nominal, en el caso de un motor, ira a al 50% de la velocidad mxima.El ciclo de trabajo de una seal peridica es el ancho relativo de su parte positiva en relacin con el perodo. Expresado matemticamente:

D: es el ciclo de trabajo.

: es el tiempo en que la funcin es positiva (ancho del pulso).

T: es el perodo de la funcin.

2.11 OPTOACOPLADORES:La principal funcin de un optoacoplador es transmitir una seal desde un circuito a otro, sin que exista conexin elctrica entre ambos. [1]

Figuran 2. Optoacoplador.2.12 ARDUINO:Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseada para facilitar el uso de la electrnica en proyectos multidisciplinares.[2]2.13 GENERADOR CC:Un generador CC es una sistema que modifica energa mecnica en energa elctrica, lleva la misma estructura que un motor solo que funciona de forma inversa. Consiste en lo siguiente: la armadura gira entre mnimo dos polos de campo, pero la corriente en la armadura se mueve en una direccin y al llegar a la mitad de la revolucin se mueve en otro sentido, para corregir esto y mantenerla en una sola direccin se utiliza un conmutador; los generadores funcionan principal mente con un voltaje bajo para evitar chispas en las escobillas.[3]

MOTOR DC, CARACTERISTICAS Y FUNCIONAMIENTO

1. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

1.1 Analizar las variaciones de corriente del motor con respecto al voltaje para cada tipo de conexin.1.2 Analizar las variaciones de velocidad del motor con respecto al voltaje para cada tipo de conexin.

3. PROCEDIMIENTO

Para empezar es necesario reconocer algunos de los parmetros del motor con los que se piensa trabajar, tales como como:

a) Corriente de arranque:Se mide con un multmetro conectado en serie con la resistencia de armadura. Se empieza con un valor de voltaje pequeo que sea apenas capaz de mover el eje del motor, y a partir de dicho voltaje se comienza la medicin.

b) Velocidad desarrollada:Se mide con un tacmetro la velocidad del eje del motor para cada voltaje en el que se mida la corriente.

Despus de montar los circuitos de la figura 2 y la figura 3 en cada uno se mide la corriente con el multmetro conectado en serie con la fuente y la velocidad angular con un tacmetro en el eje del motor, las cuales varan en funcin del voltaje.

Luego de hacer las mediciones pertinentes ya es posible proceder a organizar la informacin en tablas de datos y en grficos que nos permitirn entender el comportamiento del motor en cada una de las conexiones.

4. PLANOS

4.1. PLANO DEL MOTOR DC EN PARALELO

Figura 2. Motor conectado en paralelo.

4.2. PLANO DEL MOTOR DC EN SERIE

Figura 3. Motor conectado en serie.

5. SIMULACION

Figura 4. Motor paralelo con alimentacin independiente.

Observando la simulacin realizada es posible decir que el voltaje medido en el motor es el mismo que el voltaje que entrega la fuente, adems la velocidad depende del voltaje que le coloquemos al motor.

6. RESULTADOS

6.1. CONEXIN EN PARALELO

VOLTAJE(V)VELOCIDAD(RPM)CORRIENTE(mA)

106100,44

208080,34

308740,32

409100,32

509420,34

609800,37

7010300,41

8010820,45

9010510,49

Se realizaron mediciones de velocidad y corriente con el motor conectado en paralelo y se recolectaron datos empezando con un voltaje de 10V y aumentando hasta 90V ya que la fuente de voltaje proporcionaba mximo dicho valor.

La segunda grafica confronta el comportamiento de la corriente en funcin del voltaje, que en un comienzo es alta para vencer la propia carga del motor. La primera grafica permite ver el comportamiento de la velocidad con relacin al voltaje inducido. En teora debera ser directamente proporcional, pero al observar la grfica vemos que algunos datos no permiten la linealidad de la curva que relaciona las variables, lo cual se puede deber a que al realizar la medicin con el tacmetro se ejerci demasiada presin en el eje del motor y esto afecto la medicin de o datos.

6.2. CONEXIN EN SERIE

VOLTAJE(V)VELOCIDAD(RPM)CORRIENTE(mA)

51210,37

104820,43

157970,46

2010800,46

2513450,46

3016060,46

33,518000,46

Se realizaron mediciones de velocidad y corriente con el motor conectado en serie y se recolectaron datos empezando con un voltaje de 5V y aumentando hasta 33,5V; se comenz con valores de voltaje bajos para que el motor no se desboque y se llev hasta 33,5V ya que se alcanz la velocidad nominal de motor.

La primera grafica permite ver el comportamiento de la velocidad con relacin al voltaje inducido que son directamente proporcionales, siendo evidente que la velocidad vara en gran medida ante variaciones pequeas de voltaje. La segunda grafica confronta el comportamiento de la corriente en funcin del voltaje que al comienzo es baja ya que se comienzan con mediciones pequeas de voltaje, hasta que la corriente se estabiliza en 0,46mA.

7. CONCLUSIONES

Teniendo en cuenta las partes del motor DC, as como ciertos conocimientos previos acerca del mismo y sus diferentes tipos de conexin, se observaron y analizaron las variaciones de corriente y velocidad que dependen completamente del voltaje inducido. El reconocimiento de los comportamientos de cada conexin permite pensar las diferentes aplicaciones industriales en las cuales estos podran ser empleados.

8. REFERENCIAS

[1] Gilberto Enrquez Harper. EL ABC DEL CONTROL ELECTRNICO DE LAS MQUINAS ELCTRICAS. Editorial LIMUSA. Mxico 2003.

[2] Theodore Widi. MAQUINA ESLECTRICAS Y SISTEMAS DE POTENCIA. Editorial PEARSON. ISBN: 9789702608141

MOTOR AC, ARRANQUE DE MOTOR TRIFASICO

1. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

1.1 Analizar las variaciones de corriente de lnea del motor con respecto al tipo de conexin.1.2 Analizar la velocidad del motor con respecto al voltaje.

5. PROCEDIMIENTO

Para comenzar a hacer las mediciones de corriente es necesario tener en cuantas ciertas cosas. A nivel comercial las bobinas del motor AC cumplen con una normativa para la clasificacin de sus entradas, aunque existe una normativa un poco ms antigua:

-U1 en la norma antigua es U-V1 en la norma antigua es V-W1 en la norma antigua es W-U2 en la forma antigua es X-V2 en la norma antigua es Y-W2 en la norma antigua es Z

En la figura 3 podemos apreciar que nombre lleva cada una de estas entradas:

Figura 3. Entradas motor AC.Despus de montar los circuitos de la figura 2 y la figura 3 en cada uno se miden las corrientes de arranque con la cual el motor empieza a funcionar en arranque suave y en arranque directo, esta corriente se mide en cada fase para as conocer su comportamiento.

Luego de hacer las mediciones pertinentes ya es posible proceder a organizar la informacin en tablas de datos y en grficos que nos permitirn entender el comportamiento del motor en cada una de las conexiones.

6. PLANOS

8.1. PLANO DEL MOTOR AC EN ESTRELLA

Figura 2. Motor conectado en estrella.

8.2. PLANO DEL MOTOR AC EN TRIANGULO

Figura 3. Motor conectado en triangulo.

9. SIMULACION

Figura 4. Motor AC conexin estrella.

Figura 5. Motor AC conexin triangulo..

Observando la simulacin realizada es posible decir que el motor en configuracin estrella consume ms potencia que el motor en triangulo y que su velocidad es mayor.10. RESULTADOS

Resultados configuracin estrella:

estrella

voltaje (V)corriente (A)velocidad (RPM)

250,5393,7

300,4835,7

400,351416

500,31553

600,31630

700,31671

800,31692

900,351711

1000,41735

1100,41738

1102,3

De la tabla de arriba el ltimo dato de voltaje a 110v y corriente 2,3A nos indica la corriente que consume el motor en arranque directo, esta corriente es alta ya que el motor tiene que vences su propia inercia.

Tambin podemos observar que el motor en conexin estrella no consume tanta corriente y no vara mucho al aumentar su velocidad Comment by Luis Francisco Nio Sierra: Segn la grfica, la corriente es cero.

Resultados configuracin triangulo:

VOLTAJEVELOCIDAD

1201792

1001792

801787

701786

601779

501772

401761

201393

100

En esta configuracin podemos observar que el motor AC en configuracin triangulo, llega a su velocidad nominal muy rpido, ya que no consume mucho voltaje, lo que si consume es mucha corriente, en nuestros clculos nos consumi 3.25A.

11. CONCLUSIONES

Analizando las partes del motor AC, viendo su funcionamiento y teniendo ya un conocimiento previo acerca de este mismo y sus tipos de conexin, al ver su diferente respuesta como el torque ante voltaje y corriente consumida, podemos llegar a la conclusin de que tipo de motor AC usar segn la aplicacin que necesitemos, por ejemplo, si necesitamos una velocidad constante es ms til un motor en conexin tipo estrella

12. REFERENCIAS

[1] Consultado de: http://www.unicrom.com/Tut_MotorAC.asp.

[2] Consultado de: http://platea.pntic.mec.es/~jgarrigo/SAP/archivos/1eva/introduccion_motores_ca.pdf

VARIACION DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC MEDIANTE PWM

1. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

1.1 Seleccionar el circuito de potencia para el control de un motor DC.1.2 Reconocer la seal con la cual opera un PWM y ver cmo trabaja esta para el control del motor.1.3 Analizar el funcionamiento de un motor DC como generador, viendo cunto consume en relacin de cuanto genera.

7. PROCEDIMIENTO

Para comenzar es necesario realizar el control del motor mediante PWM. Se decide hacer el control utilizando arduino, se empieza con la programacin para la seal correspondiente que depende de la variacin de un potencimetro que modula el ciclo de trabajo de la seal.

El cdigo es el siguiente:

int inputPin = A0; // set input pin for the potentiometerint inputValue = 0; // potentiometer input variableint ledPin = 3; // set output pin for the LEDvoid setup() { // declare the ledPin as an OUTPUT: pinMode(ledPin, OUTPUT);}void loop() { // read the value from the potentiometer: inputValue = analogRead(inputPin); // send the square wave signal to the LED: analogWrite(ledPin, inputValue/4);}

En el cual se puede ver que la seal de entrada del potencimetro entra por el pin A0 y la seal PWM sale por el pin 3, en la figura(..) se puede apreciar mejor.

Despus de tener la parte de control de la seal pasamos a la parte de potencia, para esto se dise y se mont el circuito de la figura(..) en el cual es posible distinguir dos etapas, la de control del PWM la cual entra por el diodo del optoacoplador y la siguiente parte, la etapa de potencia la cual maneja un voltaje ms alto, por esta razn es necesario separar estas dos etapas, el diodo que va en paralelo con el motor en la simulacin, que en la prctica ira con la armadura, se utiliza para controlar la contracorriente que puede generar el motor y as proteger el MOSFET, el arduino y el computador.

Luego de tener el circuito correspondiente para el control del motor DC y tomar los datos correspondientes de su velocidad con respecto a la seal PWM, se prosigue a conectarle una carga, la cual ser un generador CC, este generador se conecta en modo estrella y se mide su velocidad y con respecto a su carga.

8. PLANOS

12.1. PLANO DEL CIRCUITO DE POTENCIA

Figura 3 Circuito de potencia.

12.2. PLANO DEL CIRCUITO DEL PWM CON ARDUINO

Figura 4. Circuito del control PWM.

13. SIMULACION

Figura 5. Circuito de potencia simulado.

Observando la simulacin realizada es posible decir que el motor reacciona con mayor velocidad a un ciclo de trabajo mayor.

14. RESULTADOS

Salida PWM:resistencia (ohm)valor anlogosalida PWM

000

50099,825

1000200,450,5

1500300,574,7

2000380,7100,6

2500500,6130,5

3000607,3151

3500709,3180,8

4000810,3207,3

4500914,4225,5

50001015257,3

Tabla 1. Valor PWM -En la grfica se ve el valor pwm en funcin de la resistencia donde se puede apreciar que el comportamiento es lineal y directamente proporcional al valor de la resistencia.

Velocidad motor con respecto al PWM:valor pwmvelocidad(RPM)

00

25135

50,5260

74,7378

100,6510

130,5640

151785

180,8907

207,31025

225,51160

257,31284

Tabla 2. Velocidad vs PWM -En esta grafica se observa el comportamiento de la velocidad con respecto al pwm y se puede ver que al 50% de ciclo de trabajo el motor est al 50% de su velocidad nominal.-Carga resistiva en generador sincrnico:carga resistiva voltaje generador (AC)Corriente

1200551,53

40065,30,62

171,42880,20,18

sin carga83,50,12

Tabla 3. Carga vs Corriente y voltaje -Aqu vemos que al aumentar la carga sobre el generador sncrono la corriente exigida aumenta de forma lineal.

15. CONCLUCIONES

El PWM es una manera muy eficaz de controlar un motor DC ya que no hay necesidad de manejar el voltaje nominal de esta no meternos con su circuito, lo mas importante es tener muy bien diseada la parte de potencia, para proteger tanto el motor como el circuito de control.

16. REFERENCIAS

[1] consultado en: http://www.neoteo.com/optoacopladores-electronica-basica/

[2] consultado en:http://www.somoslibres.org/modules.php?name=News&file=article&sid=5581

[3]consultado en:http://cvonline.uaeh.edu.mx/Cursos/TecEduc/Intro_grupos_electrogenos/generador_de_cc.html

CONCLUCION GENERAL:

Es muy importante como ingeniero mecatronico conocer los tipos de actuadores como lo es el motor, ya que necesitamos saber escoger que implementos vamos a usar segn la necesidad de nuestra aplicacin, por ejemplo si necesitamos buen torque a velocidad constante como en una banda transportadora, por estas razones tenemos que saber diferenciar el tipo de motor con el cual necesitamos trabajar, sus diferentes partes y como controlarlo.