01 informe de prácticas-máquinas cc-introducción

Informe de Prácticas- Máquinas de Corriente Continua

ITS – Articulación A4 - Docente: Juan Separovich

Alumno: Mario Fagúndez – CI: 4.657.990-8

1

1.0 1.0 1.0 1.0 OBJETIVO:OBJETIVO:OBJETIVO:OBJETIVO: - Analizar los distintos tipos de Máquinas de Corriente Continua desarrollados y actualmente en uso habitual en la práctica. - Saber emplear, conectar y testear máquinas de CC en sus diferentes modos de uso (Generador y Motor). - Apreciar las diferencias en el rendimiento y modo de trabajo para los diferentes tipos de Máquinas CC. - Analizar curvas características y extraer conclusiones del análisis de cada gráfica.

2.02.02.02.0----INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN (Información Tecnológica)(Información Tecnológica)(Información Tecnológica)(Información Tecnológica) 2.1 2.1 2.1 2.1 MAGNETISMOMAGNETISMOMAGNETISMOMAGNETISMO: : : : La propiedad de cierto mineral de atraer partículas de hierro es conocida desde la antigüedad. Se supone que la primera manifestación magnética fue descubierta cerca de una ciudad llamada Magnesia, en el Asia Menor, y de allí probablemente proviene el término Magnetismo. Según parece, un pastor descubrió accidentalmente que ciertas conglomeraciones de óxido de hierro ejercían una fuerte atracción hacia piezas de hierro. A partir de entonces se pudo determinar que la piedra-Imán no solamente atraía al hierro1, sino que cuando tenía una forma alargada y se suspendía por su centro, señalaba siempre hacia un punto determinado. Los marinos fueron quienes aprovecharon este invento, para poder indicar el rumbo de viaje. Se desconoce a ciencia exacta el porqué de este fenómeno, pero a partir de la experimentación y desarrollo, se han determinado varios principios que lo rigen: 2.2.2.2.2222----POLOS:POLOS:POLOS:POLOS: Se manifiestan en los extremos del Imán, siendo más fuerte la atracción que se ejerce que en el centro del mismo. Si se rompe un Imán en dos trozos se obtienen dos imanes con dos polos cada uno. Si se sigue partiendo el mismo Imán se va a obtener siempre un fragmento de imán con dos polos diferenciados. 2.2.2.2.3333----REPULSIÓN Y ATRACCIÓN:REPULSIÓN Y ATRACCIÓN:REPULSIÓN Y ATRACCIÓN:REPULSIÓN Y ATRACCIÓN: Los polos de un imán se atraen si son opuestos entre sí y se repelen si son del mismo signo. La designación convencional de ellos es: “Polo Norte” y “Polo Sur”. 2.2.2.2.4444----DETERMINACIÓN DEL POLO NORTE Y SUR:DETERMINACIÓN DEL POLO NORTE Y SUR:DETERMINACIÓN DEL POLO NORTE Y SUR:DETERMINACIÓN DEL POLO NORTE Y SUR: Si se suspende un imán por su centro, uno de los extremos va a señalar al polo Norte de la tierra. Éste es el polo Norte del Imán, el otro polo es el sur del Imán. 2.2.2.2.5555----CAMPO MAGNÉTICO:CAMPO MAGNÉTICO:CAMPO MAGNÉTICO:CAMPO MAGNÉTICO: Una partícula de hierro puesta en las proximidades de un polo magnético, está sometida a una fuerza de atracción dirigida hacia el polo. Variando la posición de la partícula, siempre encontraremos aplicada a ella una fuerza. La región del espacio donde se manifiesta el efecto del polo se denomina campo magnético. Para demostrarlo se realiza la siguiente experiencia: Se colocan limaduras de hierro sobre un cartón o un vidrio y por debajo se coloca un imán. La posición que van a ocupar va a ser concentradas en los extremos del imán y difuminadas en el centro del mismo, se aprecia asimismo como forman líneas concéntricas. La dirección de las líneas fue designada Convencionalmente del Norte al Sur del Imán, completando el circuito por dentro del mismo. 2.2.2.2.6666----INDUCCIÓN MAGNÉTICA:INDUCCIÓN MAGNÉTICA:INDUCCIÓN MAGNÉTICA:INDUCCIÓN MAGNÉTICA: Si tomamos un imán y lo acercamos a una barra de hierro no imanada, esa barra conserva por cierto tiempo su magnetismo. Manteniendo cercanos el imán y la barra, y acercando ésta a otra barra de hierro, también va a generar un campo magnético en la nueva barra de hierro no imanada.

1 También puede atraer al Cobalto, Níquel y, a partir de estos metales, a sus diferentes aleaciones.




2

Esto se explica porque el Imán “Crea” en la barra un polo magnético opuesto al que tiene en su extremo. Es decir, si aproximamos un Polo Norte a una barra de hierro, el Imán “Crea” un Polo Sur en la barra de hierro. 2.2.2.2.7777----PERMEABILIDAD MAGNÉTICAPERMEABILIDAD MAGNÉTICAPERMEABILIDAD MAGNÉTICAPERMEABILIDAD MAGNÉTICA: Ciertas aleaciones metálicas son más sensibles a la inducción magnética. Pero, si bien se magnetizan con más facilidad, luego lo pierden rápidamente. Esta propiedad es similar a la “Resistividad Eléctrica” ya estudiada, y está definida como la facilidad con la que pueden pasar las líneas de fuerza magnética a través de una sustancia y generalmente se toma como base la permeabilidad del aire, tomada como unidad. Entonces la Permeabilidad Magnética de un material es el número de veces que un material es más permeable que el aire. 2.2.2.2.8888----SATURACIÓN MAGNÉTICA:SATURACIÓN MAGNÉTICA:SATURACIÓN MAGNÉTICA:SATURACIÓN MAGNÉTICA: Se supone que los materiales “Ferromagnéticos”, es decir, que son altamente permeables magnéticamente, poseen corpúsculos elementales que mantienen las propiedades del material original. Podemos imaginarlos como pequeños fragmentos desordenados, cada uno con un norte y un sur que no están magnetizados (b). Si acercamos un imán a la superficie del material, estas partículas se van a orientar todas en la misma dirección(a). No todas lo van a hacer al mismo tiempo, las más cercanas lo van a realizar más rápidamente que las más alejadas del imán. Si la fuerza magnética a la que se somete al material es lo suficientemente alta, llega un momento en el que no es posible orientar más partículas, por lo que se dice que el material se “satura”. 2.2.2.2.9999----TIPOS DE IMANES:TIPOS DE IMANES:TIPOS DE IMANES:TIPOS DE IMANES: En la naturaleza podemos encontrar magnetita, que es la “Piedra Imán” conocida desde la antigüedad, pero su poder de atracción es débil. Se recurre entonces a Imanes Artificiales permanentes, creados a partir de aleaciones, como el Alnico, Imanes Cerámicos o Imanes de Tierras Raras, entre otros. Dentro de los imanes artificiales también tenemos a los temporales, por ejemplo, el hierro, que es muy permeable al magnetismo, y se desmagnetiza con mucha facilidad. Al Acero le cuesta más magnetizarse, pero mantiene esta propiedad por más tiempo. 2.102.102.102.10---- CURVA DE IMANTACIÓN: CURVA DE IMANTACIÓN: CURVA DE IMANTACIÓN: CURVA DE IMANTACIÓN: Cada material tiene distintas reacciones frente al flujo magnético. Según ellas, se las puede clasificar del siguiente modo:

1) Las Ferromagnéticas son atraídas fuertemente por el imán. A estas pertenecen el hierro, el acero, hierro fundido, níquel, cobalto, y algunas aleaciones. 2) Las paramagnéticas, que son atraídas débilmente por el imán. Ejemplos de ello son: el aluminio, el magnesio, el estaño, el platino, manganeso, oxígeno, etc. 3) Las Diamagnéticas son repelidas levemente por el imán. El Zinc, mercurio, plomo, azufre, cobre, cloro, plata, agua, madera y otras. La permeabilidad magnética de las sustancias ferromagnéticas depende de la magnitud de inducción magnética, composición química del metal, su previo tratamiento térmico y mecánico y de la temperatura del metal. Además, la permeabilidad magnética de estos cuerpos depende de su forma y dimensiones exteriores. Las curvas de magnetización se obtienen de modo empírico para cada material y cada clase del mismo por separado. Para determinarla, utilizamos un anillo del material a estudiar, y le enrollamos siempre en la misma dirección un conductor por el que pase una corriente. La corriente se irá aumentando poco a poco, para poder trazar una gráfica. Se mide la corriente, y el flujo magnético. El flujo se mide con un aparato especial diseñado para ello. Aumentando desde cero la corriente, aumentará de este modo la fuerza magnetizante y la intensidad del campo. La magnitud de la intensidad magnética en el núcleo también aumentará, primero con rapidez, hasta llegar a un punto de inflexión donde la curva se hace menos pronunciada, a los mismos aumentos de corriente, le corresponden aumentos muy pequeños de inducción magnética. A partir de ese punto se dice que el material se ha “Saturado” magnéticamente, lo que quiere decir que el mismo no deja atravesar más cantidad de líneas de inducción magnética.




3

2.112.112.112.11----HISTÉRESISHISTÉRESISHISTÉRESISHISTÉRESIS:::: Esta palabra significa “Remanencia” en Griego. Después de someter a una sustancia ferromagnética a la acción de un campo magnético, cuando este desaparece, la sustancia manifiesta todavía un cierto nivel de inducción magnética, que recibe el nombre de “Magnetismo Remanente”. Ciclo de Histéresis:Ciclo de Histéresis:Ciclo de Histéresis:Ciclo de Histéresis: Consideramos una sustancia ferromagnética que nunca ha sido sometida anteriormente a la acción de un campo magnético. La inducción es nula. Le enrollamos un conductor por el cual haremos circular una corriente continua. Aumentando a partir de cero la corriente I que pasa por las espiras del devanado, aumentaremos de este modo la fuerza magnetizante y la intensidad del campo H. La inducción magnética B en el núcleo también crecerá. En el tramo ((((0-a)))) se va aumentando la intensidad de campo hasta llegar a la saturación magnética del material. En el tramo (a-b) ) ) ) se reduce la intensidad de campo H, se reducirá también B, pero no en la misma proporción. En el punto b se anuló el campo, pero la sustancia manifiesta un magnetismo remanente, dado por 0b. Para que la inducción magnética en el núcleo sea igual a cero, es necesario magnetizar el material en sentido contrario, es decir, remagnetizarlo. La dirección de la corriente en el devanado se invierte en el tramo (b-c)))). En el punto cccc se ha conseguido eliminar por completo el magnetismo remanente. El valor de la intensidad del campo H=0c, cuando B=0




4

resulta ser una característica determinada del material y se llama fuerza de retardo (o campo coercitivo). En el tramo (c-d) ) ) ) se sigue aplicando una intensidad de campo negativa con lo que se consiguen niveles de inducción negativos hasta alcanzar la saturación. En los tramos (d-e); (e-f); y (f-a) se completa el ciclo de Histéresis. La curva no vuelve a pasar por 0, debido a la Histéresis. El fenómeno de Histéresis se puede caracterizar como retardo de las variaciones de la inducción magnética dependientes de los cambios de la intensidad del campo. Al desmagnetizarlo se disipa cierta cantidad de energía que se pierde, provocando aumento de temperatura en el material. En materiales magnéticamente duros, la Histéresis constituye un problema muy nocivo. Va acompañado de un calentamiento del núcleo, consumo excesivo de potencia del generador de tensión y zumbido del núcleo. Dependiendo de la función para la cual se utilice, la respuesta al magnetismo deseada para cada material. Para el caso de transformadores, inducidos de máquinas rotativas, etc., se desea que retenga la mínima cantidad de magnetismo. Para el caso de imanes permanentes, que retenga la máxima cantidad de magnetismo, y para zapatas polares en máquinas rotativas, que retenga un nivel medio a bajo de magnetismo. 3333----RELACIÓN ENTRE RELACIÓN ENTRE RELACIÓN ENTRE RELACIÓN ENTRE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO:ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO:ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO:ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO: Todo conductor por el que pasa corriente genera un campo magnético. Si se aproxima una brújula a un conductor por el que está pasando corriente, la aguja se desviará, acusando la presencia de fuerzas magnéticas. Cuanto más intensa sea la corriente, más intenso será el campo magnético producido alrededor del conductor. 3.13.13.13.1----SOLENOIDE:SOLENOIDE:SOLENOIDE:SOLENOIDE: Al descubrirse la existencia de un campo magnético en torno a un conductor de corriente, se pensó en la manera de aumentarla. La forma hallada consistió en enrollar al conductor formando una bobina. Si colocamos dentro de la bobina un trozo de hierro o material ferromagnético, se producirá un incremento de la intensidad del campo en dicho material, debido a que el hierro es más permeable que el aire, lo que da lugar a un electroimán más potente, que se utiliza en multitud de aplicaciones prácticas. 3.23.23.23.2----CONDUCTOR DENTRO DE UN CAMPO MAGNÉTICO:CONDUCTOR DENTRO DE UN CAMPO MAGNÉTICO:CONDUCTOR DENTRO DE UN CAMPO MAGNÉTICO:CONDUCTOR DENTRO DE UN CAMPO MAGNÉTICO: Si a un hilo de material conductor de electricidad lo introducimos dentro del rango de acción de un campo magnético y lo comenzamos a mover, en los extremos del conductor se va a inducir una Fuerza Electro Magnética. Esta inducción se puede dar por el movimiento del conductor con respecto al campo o por el movimiento del campo con respecto al conductor. 3.33.33.33.3 –––– LEY LEY LEY LEY DE FARADAY:DE FARADAY:DE FARADAY:DE FARADAY: El físico Michael Faraday, en 1831, realizó una serie de descubrimientos y desarrollo la que hoy conocemos como la Ley de Inducción Magnética de Faraday: Consideremos un Conductor de una longitud l (cms), sometido a la acción de un campo magnético constante H, desplazado en un sentido invariable y a una velocidad v (cms/s). La energía inducida será tanto mayor cuanto más intenso sea el campo magnético, cuanto más rápido sea el movimiento y cuanto más largo sea el conductor en la parte que atraviesa el campo: e=H l v 108

(El divisor es una constante numérica para reducir el resultado a Volt.)

Si consideramos que la velocidad es la distancia que se recorre en una determinada cantidad de tiempo: V=d/t, podemos sustituir la v en la expresión anterior por: e= H l d 108 t El producto de l*d es el área barrida por el conductor en su movimiento, área que está totalmente atravesada por líneas de fuerza del campo magnético. El producto de la intensidad de campo (H) por un área (l*d) da por definición el flujo magnético a través de esa superficie, o sea la cantidad total de líneas de fuerza que la atraviesan: Φ=B*S Este flujo no es el total disponible, sino solamente de la parte que está cortando el campo, por lo tanto se trata de una Variación de Flujo, que afecta también al tiempo




5

durante el cual es cortado, por lo tanto, llegamos a la expresión de la Ley de Faraday: e= Δ Φ Δ t 108

Faraday también dio una regla práctica para determinar el sentido de la corriente que se induce en el conductor por su desplazamiento, ya que dependiendo de la dirección del flujo magnético y del sentido de desplazamiento del conductor, es el sentido hacia el cual “Circula” la corriente. La regla se llama “De la mano derecha” y consiste en colocar esa mano estirada, de modo que las líneas de fuerza entren perpendicularmente por la palma y el pulgar, apartado del resto de la mano, señale la dirección del movimiento del conductor. Los demás dedos estirados indican el sentido de la F.E.M. inducida. 3.43.43.43.4----OBTENCIÓN DE CORRIENTE POR INDUCCIÓN MAGNÉTICA:OBTENCIÓN DE CORRIENTE POR INDUCCIÓN MAGNÉTICA:OBTENCIÓN DE CORRIENTE POR INDUCCIÓN MAGNÉTICA:OBTENCIÓN DE CORRIENTE POR INDUCCIÓN MAGNÉTICA: La Ley de Faraday dio lugar a un gran impulso al estudio de la obtención de corriente por medios mecánicos. En ese entonces la forma de obtener corriente era a través de la “Pila Voltaica”, un dispositivo químico que entregaba cantidades constantes de energía que pudo ser utilizado por primera vez con fines prácticos. La inducción magnética no es constante, varía de acuerdo a la dirección del flujo magnético y a la del desplazamiento del conductor con respecto a aquel. Como no es posible obtener un conductor de tamaño infinito, ni un campo magnético infinitamente grande que sea cortado mientras el conductor se desplaza, se pensó en la forma circular: Un solenoide en forma de rueda girando dentro de dos imanes, orientados de modo que el polo Norte enfrentara al Sur. Esto trajo un nuevo problema, pues al aplicar la regla de la mano derecha de Faraday, comprobamos que en la mitad del circuito establecido por el giro del solenoide, al ser invariable el campo magnético, la corriente va a variar de sentido con cada medio giro de la rueda. 3.53.53.53.5----CORRIENTE ALTERNADA:CORRIENTE ALTERNADA:CORRIENTE ALTERNADA:CORRIENTE ALTERNADA: Supongamos un campo magnético dentro del cual se desplaza un conductor metálico rectilíneo describiendo una circunferencia en sentido horario. Durante su desplazamiento ocupará distintas posiciones, las que se numeran del 1 al 9. En la posición 1 y 5 el conductor no corta ninguna línea de fuerza. Entre las posiciones 2 y 4 el conductor corta líneas de fuerza y, aplicando la regla de la mano derecha de Faraday, genera corriente en un sentido, siendo el máximo de líneas cortadas en el punto 3, y entre 6 y 8 corta líneas de fuerza que genera una corriente en sentido opuesto, con máximo en 7. Trasladando las posiciones que ocupa el conductor a una gráfica, obtenemos una curva como la de la derecha, que es una curva sinusoidal.




6

3.3.3.3.6666 –––– OBTENCIÓN DE CORRIEOBTENCIÓN DE CORRIEOBTENCIÓN DE CORRIEOBTENCIÓN DE CORRIENTE CONTINUANTE CONTINUANTE CONTINUANTE CONTINUA: : : : Supongamos que el conductor metálico rectilíneo es una estructura de alambre de formato rectangular girando dentro de un campo magnético. En sus extremos están conectados dos anillos con los cuales se obtiene una corriente alterna, cuya gráfica es igual a la vista en el capítulo anterior. Esto se denomina “Alternador Elemental” y deviene de la aplicación práctica de la ley de Inducción Magnética de Faraday. Sin embargo, los primeros experimentos con este alternador desconcertaron a los científicos, pues deseaban obtener una corriente similar a la proporcionada en ese entonces por el principal dispositivo generador de corriente conocido: La pila de Volta. La forma concebida para “Corregir” la corriente alterna, fue conectándole un colector de Delgas, que, ante cada cambio de sentido en la corriente, corrigiera el sentido de la misma de modo que siempre generara corriente en el mismo sentido. De este modo se obtenía una corriente pulsatoria, pero siempre del mismo sentido. La onda producida seguía siendo como la de alterna, pero toda del mismo signo. Agregando más espiras se obtenía una corriente similar a la continua.

Colector de Delgas de una dínamo y direcciones de la corriente.

Izq.: Corriente alterna rectificada con colector: 1 sola expira. Der: más espiras agregadas.




7

3.73.73.73.7 –––– PARTES DE UN MÁQUINA CC:PARTES DE UN MÁQUINA CC:PARTES DE UN MÁQUINA CC:PARTES DE UN MÁQUINA CC: Una máquina de CC tiene dentro de sus componentes, dos partes esenciales: la parte estacionaria y la parte móvil, la parte fija es la armadura, o estator, cuya función principal es la de actuar como asiento del flujo magnético que debe hacerse ingresar en el núcleo de la armadura. Excepto en las máquinas de imán permanente, acotadas a pocas aplicaciones, el campo consiste en una estructura , o carcasa cilíndrica a la cual está abulonado un conjunto de electroimanes. Dentro de la carcasa se colocan también cojinetes y portaescobillas, las escobillas son “pastillas” de grafito o distintas aleaciones, su función es la de recolectar (al usarse como generador) o Suministrar (cuando se usa como motor) la energía al inducido. Están en permanente contacto con la superficie del colector y por lo tanto deben ser muy resistentes a la fricción. Van dentro del Portaescobillas, presionadas por resortes. La carcasa puede poseer una base con patas o brazos de sostén para soportar toda la estructura.

Izq., esquema de devanado de un rotor; Der: Porta escobillas.

INDUCIDO, o Rotor.INDUCIDO, o Rotor.INDUCIDO, o Rotor.INDUCIDO, o Rotor. Está compuesto por un eje sobre el cual se asienta el núcleo de acero laminado del rotor, un devanado de cobre y el “Colector”. El colector cumple con la función de transformar la corriente alternada generada internamente en un corriente continua externa (cuando se usa como generador), o la de transformar una corriente continua externa en una alterna interna (cuando se usa como motor). Está compuesto por un conjunto de segmentos de cobre endurecido, en forma de cuña, que se disponen de manera circular sobre el eje, pero aislados de éste y también aislados entre sí.

01 informe de prácticas-máquinas cc-introducción

Education

Transcript of 01 informe de prácticas-máquinas cc-introducción