ensayo laboratorio de maquinas electricas - motores dc

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

MAQUINAS ELECTRICAS ML202-F

LABORATORIO Nº 3

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

GRUPO NÚMERO 1

INTEGRANTES : Rojas Yupan Fiorella 20102049C

Amanzo Vera Raul 20067002J

Celso Espinoza Arce 20102582G

Gómez Torres Juan 20061072F

Aberga Farro Juan de Dios 20070225F

PROFESOR : ING. ACEL HUAMAN

FECHA DE PRESENTACION: 12 / 06 / 2015

MÁQUINAS ELÉCTRICAS Facultad de Ingeniería Mecánica

ÍNDICE

OBJETIVOS 3

EQUIPOS Y MATERIALES 4

FUNDAMENTO TEORICO 5

PROCEDIMIENTO 6

CUESTIONARIO 13

CONCLUSIONES 18

BIBLIOGRAFÍA 19

ANEXOS 20

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA (DC)

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1. INTRODUCCION:

Los motores de corriente continua, MCC, son muy importantes debido a que pueden proporcionarnos un alto torque y pueden trabajar a velocidad variable.En su aplicación industrial ha sido irremplazable en algunos modelos y modernizados en otros dado la particularidad de sus características de funcionamiento.Los MCC más importantes son los siguientes: Autoexcitados (tipo shunt, serie y excitación compuesta). Excitación independiente.

2. OBJETIVOS DEL LABORATORIO:

Los objetivos del presente trabajo son:

Hacer conocer la constitución electromecánica de los MCC. Familiarizarse con la simbología y conexionado de los MCC de nuestro

laboratorio en los ensayos según las normas IEC y NEMA. Conexión y puesta en servicio del MCC. Inversión de giro. Determinar sus pérdidas, eficiencia en función de la corriente de campo. A partir de los ensayos realizados obtener el modelo de la máquina. Registro de los valores característicos y curvas características de funcionamiento

específicas de los MCC. Evaluación de las mediciones realizadas y registradas. Presentación del protocolo de pruebas según normas IEC, NEMA y IEEE.

3. PRECAUCIONES:

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Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos son muy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente:

1. El alumno verificará el dimensionamiento de la instrumentación a utilizarse, así mismo constatará que sus esquemas estén bien planteados.

2. Para evitar el deterioro y/o avería de los instrumentos y equipos, el alumno no debe accionarlos por ningún motivo, sin la aprobación previa del profesor.

3. La escala de todos los instrumentos debe ser la máxima.4. Al operar las cargas, comenzar con una carga mínima y aumentarlo en forma

gradual hasta llegar al máximo permisible.

4. EQUIPOS Y MAQUINAS ELECTRICAS A UTILIZAR:

BANCO ACTIVO DE PRUEBAS GENERADOR CORRIENTE CONTINUA

N° de pedido SO3636 – 6U N° 200 26 984Tensión Nominal 230 Voltios Tensión armadura 220 Voltios

Corriente Nominal 3 Amperios. Corriente armadura 1 AmperioCorriente Arranque 9 Amperios Conexión Independiente

Torque Máximo 10 N – m Conexión Shunt.Potencia Aparente 800 VA Conexión Compuesta

Régimen de servicio S1 Tensión 220 VoltiosRPM Max. 4000 Corriente de campo 100 mA

Grado de protección IP20 Régimen de servicio S1AMPLIFICADOR INTERGRADO RPM 2000Tensión de pico 600 Voltios Grado de protección IP54Tensión RMS 400 Voltios Norma VDE 0530Corriente pico 10 Amperios Termostato 120° CCorriente RMS 7 Amperios GCC/MCC LUCAS NULLE

ITEM

DESCRIPCION GENERAL DE LAS MAQUINAS Y EQUIPOS

CANT.

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1 Manguito de acoplamiento 012 Cubierta de acoplamiento 013 Carga universal para máquinas de 300 vatios 014 Arrancador para máquina de corriente continua de 300 vatios 015 Regulador de campo para máquina de corriente continua 016 Fuente de alimentación de corriente continua 017 Multímetro digital FLUKE 018 Conectores de seguridad 049 Juego de cables de 4 mm² 2510 Multímetro analógico/digital – medidor de potencias y F.P. 02

El presente laboratorio debe facilitar los conocimientos orientados a la práctica de los motores de corriente continua. El contenido se centra en el análisis experimental de las máquinas auto excitadas y con excitación independiente.Al concluir el presente laboratorio Ud. habrá aprendido el modo de funcionamiento, operación y respuesta de las características de operación en estado permanente y transitorio. Así mismo se demostrará las prácticas del control de tensión, inversión de giro y curvas características de los MCC.

5. FUNDAMENTO TEORICO:

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1. CONEXIÓN DEL GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA

SENTIDO DE ROTACION

En los arrollamientos de excitación la corriente fluye del número característico 1 hacia el 2. En el esquema F1 esta conectado al ( + ) y F2 esta conectado al ( - ). El sentido de rotación es directa ( horaria ) donde siempre A1 será positivo ( + ).

A1 F1 F2 A2 + + - -

M_

Wm

Ia

If

OPERACION COMO MOTOR IEC

La corriente del circuito de armadura fluye de A1 ( + ) hacia A2 ( - ).

ARROLLAMIENTO DE ARMADURA A1 ( + ) INICIO A2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE CONMUTACION B1 ( + ) INICIO B2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE COMPENSACION D1 ( + ) INICIO D2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION DERIVACION E1 ( + ) INICIO E2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION INDEPENCIENTE F1 ( + ) INICIO F2 ( - ) FIN

DESCRIPCION DEL CIRCUITO BORNES

INVERSION DE LA ROTACION

1.- Para lograr la inversión el sentido de rotacion se deberá invertir F1 y F2 ó A1 y A2 nunca los dos a la vez.

2.- Tener mucho cuidado cuando se realiza el cambio de polaridad en la armadura, pues si utilizamos el bobinado de conmutación revisar que tenga la polaridad correcta.

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Motor DC excitación shunt Motor DC excitación independiente

Motor DC excitación serie Motor DC excitación compuesta

2. MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR

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Esta medición se realiza aplicando los siguientes métodos: Voltio – amperimétrico en CC y CA. Ohmímetro de precisión. Puente de medición para resistencias pequeñas.

Medición de la Rf y Lf del circuito de campo. Ver GCC

Medición de la RD y LD del circuito de compensación. Ver GCC

Medición de la Ra y La del circuito de armadura. Ver GCC

3. MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1) e (IEEE – 43 / 1991)

VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS Ver GCC

4. MEDIDA DE INDUCTANCIA ROTACIONAL( Gaf)VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS Ver GCC

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5. PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)

Únicamente para controlar las pérdidas rotacionales.

6. PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )

Para la prueba con carga se tendrá que conectar el freno dinámico LN comoFRENO y seleccionado en control de TORQUE. Seguir las indicaciones del profesor.

P útil = T (N-m) x RPM (pi/30)

EF = P útil / P ingreso

7. ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 )

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs Tiempo. El tiempo mínimo es 04 horas cuando la temperatura comienza a disminuir en 02 grados centígrados durante las dos horas siguientes.

8. CLASIFICACION DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

MOTOR CON EXCITACIÓN SHUNT.-

Se conecta el circuito del inductor en paralelo con el circuito del inducido (comparten la misma fuente externa). Ambos circuitos están calculados para trabajar con una fuente común.

IL= Ia+ If

V = Ea + (Ra * Ia)

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Ea = Gaf*If* Wm, Te = Gaf* If*Ia, V = Ea + V

V = Vf = ( Radj + Rf ) * If

Fneta = Fcampo - Farmadura

Esta máquina ha recibido este nombre debido a que su devanado inductor está conectado en derivación a su inducido. Dicho devanado está conformado de muchas espiras y de un conductor delgado debidamente aislado.

MOTOR SHUNT CON CARGA

MOTOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE.-

Con la finalidad de obtener una intensidad de campo magnético constante e independiente a los cambios bruscos que se presentan en la carga y para mejorar el par y mantener la velocidad mucho más estable que los tipos anteriores, alimentaremos al circuito de campo por medio de una fuente DC externa e independiente (evitando que las variaciones existentes en el circuito de armadura interfieran en el circuito de campo). El circuito de la armadura tendrá su propia fuente de modo que las variaciones existentes ( debido a la carga ), no afecten al circuito inductor. Por tanto las corrientes Ia e If son independientes. A continuación podemos detallar las siguientes ecuaciones:

V = Ea +Ra * Ia

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Ea = Gaf * If * Wm , Te = Gaf *If *Ia , V = Ea + V

Fneta = Fcampo - Farmadura

Vf = (Radj + Rf) * If

El circuito de campo tiene las mismas características de construcción que el GCC tipo shunt y difiere en la utilización de una fuente completamente independiente.

MOTOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE CON CARGA

MOTOR CON EXCITACIÓN COMPUESTA.-

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El funcionamiento más estable de los motores hacen que la máquina sea de muy buena calidad. Para lograrlo los fabricantes de máquinas de CC han combinado las características de un motor serie y shunt. Se crean entonces las máquinas compuestas que reúnen mejores características que las máquinas estudiadas anteriormente.

Fneta = Fcampo + Fcompen. - Farmadura

Fneta = Nf * If + Nd * Id - Na * Ia

Según la ubicación de la conexión del circuito inductor, esta máquina puede denominarse de: Pasó corto y largo.

MOTOR COMPUESTO INDUSTRIAL CON CARGA

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9. CUESTIONARIO

1. Enumere y defina las características de funcionamiento nominales del MCC. Tome los datos de placa del motor primo y del MC.C. Utilizados en sus ensayos.

TABLA Nº1 MEDIDA DE AISLAMIENTO DE LOS CIRCUITOS

CIRCUITO MEDIDO TERMINALESRESISTENCIA (MΩ)

CAMPO A1-TIERRA 178

COMPENSACION E1-TIERRA >200

ARMADURA D1-TIERRA >200

PRUEBA DE LA INPEDANCIA OHMICA

CIRCUITOTERMINALES

RESISTENCIA(Ω)

TENSION(V)

CORRIENTE(A)

ARMADURA A1-A2 17 21,13 113

CAMPO E1-E2 1985 206 6,84COMPENSACION D1-D2 21,1 20,8 119

D2-D3 18 21,12 155,8

grafico Ua en funcion de If de la prueba de vacio del circuito shunt a 2000RPM

100

120

140

160

180

200

220

0 0,02 0,04 0,06 0,08

If (amperios)

Ua

(vol

tios)

aumento If

disminuyendo If

Polinómica(disminuyendo If)Polinómica(aumento If )

2. De los ensayos de vacío graficar tomar datos de las pérdidas rotacionales. Haga una demostración teórica de sus resultados.

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V(bornes) VOLTIOS

If AMPERIOS

Vf VOLTIOS

VELOCIDAD RPM

222,3 0,14 220 1900

En el esquema del circuito anterior se observa que hay un Rf que está abierta y por lo tanto no participa en el circuito, además sabemos que para este caso:

Prot = Pentreg - Psalida

Prot = 31.122W - 30.8WProt =0.322W

3. Del ensayo con carga graficar las siguientes curvas. V vs Ia, Pot vs n, EF vs n, EF vs Pot. , Pot. vs Ia, Ra Ia² vs Ia

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2210

215

220

225

230

235

V vs Ia

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1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 21000

20

40

60

80

100

120

140

Pot vs n

1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 21000

10

20

30

40

50

60

EF vs n

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0 20 40 60 80 100 120 1400

10

20

30

40

50

60

EF vs Pot

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

20

40

60

80

100

120

140

Pot vs Ia

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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Ra*Ia2 vs Ia

4. Que sucede en el MCC cuando se invierte la polaridad de la fuente de: solo el campo con armadura constante y solo armadura manteniendo fijo el campo. Demuestre analíticamente los cambios encontrados.

Cuando solo el campo con armadura constante se invierte de polaridad, el motor de corriente continua funcionaria como motor de corriente continua, y la velocidad empieza a disminuir, por el contrario cuando solo la armadura se invierte, manteniendo fijo el campo, se comporta como generador y la velocidad empieza a aumentar, al igual que las rpm.

5. Como verificaría si el sistema de escobillas está calibrado correctamente haga un esquema. En caso de no estar bien calibrado, este efecto, como afectaría en el trabajo normal del MCC? Explique detalladamente su respuesta.

Primero tienes que verificar que las escobillas están perfectamente asentadas, es decir que la superficie del carbón asiente completamente sobre el conmutador del motor y que no queden espacios, ya que esto genera chisporroteos, después tienes que verificar que las muelle de las escobillas presionen correctamente estas.

Para verificar la zona neutra del motor (ángulo de las escobillas con respecto al campo magnético), se tiene que aplicar un voltaje de corriente alterna a las bobinas de campo, y con un multímetro conectado en las puntas de la armadura y la escala en voltaje de CA, tienes que girar el soporte que sujeta las escobillas (generalmente es como un disco sujetado con tornillos a la tapa trasera del motor), para esto primero has una marca de la posición original en la que estaba colocado para que sirva de referencia, se debe de notar que al ir girando este soporte hacia

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adelante o hacia atrás la lectura en el multímetro aumenta o disminuye, tienes que fijar el soporte en el punto donde el voltaje sea menor.

El voltaje de alterna que le apliques a las bobinas de campo tiene que ser igual o menor al valor que indica la placa de datos del motor, si el motor es de campo permanente (imanes) tienes que utilizar un multímetro de preferencia analógico en la escala de Ohms y girando el soporte de las escobillas lo fijaras en donde la lectura del multímetro te marque mayor resistencia de preferencia resistencia infinita. (Ya que la armadura en su zona neutra se comporta como uncapacitor).

Un motor que no está ajustado en su zona neutra consume una corriente excesiva ybaja el torque del motor, por lo que para verificar que tu motor esta correctamente ajustado, tienes que probarlo con carga y medir la corriente, esta no debe rebasar los amperajes anotados en la placa de datos, debe tener la fuerza suficiente para hacer su trabajo, así como llegar a las revoluciones máximas de placa cuando este alimentado también al voltaje nominal de armadura y no deberá generar chispas visibles en el conmutador de más de tres milímetros.

6. Recomendaciones y conclusiones.

Como se pudo comprobar los motores de DC convierten potencia eléctrica en potencia mecánica por medio de su movimiento rotatorio, el motor actualmente es una gran ayuda para la sociedad ya que gracias a él muchas máquinas que basan su funcionamiento en ellos pueden funcionar.

Es una de las máquinas más versátiles en la industria, ya que gracias a su fácil control de posición, par y velocidad permite que se pueda aplicar en muchos ámbitos, tales como el control y la aplicación de procesos

Una de las principales características de un motor de DC es que puede regular su velocidad de vacío a plena carga.

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En un motor la velocidad a la que se presenta el par máximo se puede controlar variando la resistencia del rotor, el valor del par máximo es independiente de la resistencia del rotor, pero una alta resistencia del rotor disminuye la velocidad a la que se presenta el par máximo y por tanto incrementa el par de arranque del motor, aunque esto afecta ya que su regulación de velocidad no es la mejor en su intervalo normal de operación, en contraste, una baja resistencia en el rotor reduce el par de arranque y mejora la regulación de velocidad.

Por otra parte el control de velocidad se puede lograr en los motores de inducción por medio del cambio del número de polos en la máquina, del cambio de frecuencia eléctrica aplicada, del cambio de voltaje aplicado en los terminales o del cambio en la resistencia del rotor.

Finalmente es importante tener en cuenta que una máquina de corriente continua puede ser motor o generador dependiendo del sentido de giro de las espiras.

7. BIBLIOGRAFIA:

Agustín Gutiérrez Paucar Análisis De Maquinas Eléctricas

Fraile Mora Máquinas Eléctricas

Stephen J. Chapman Máquinas Eléctricas

Apuntes de clases de máquina eléctricas del Ing. Floren Acel Huamán Ladera.

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10. ANEXOS

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