LABORATORIO DE ELECTROTÉCNCA - PRACTICA Nº 9

ESTRUCTURA E INSTALACIÓN DE LAS MÁQUINA DE CORRIENTE CONTÍNUA

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

2.- FUNDAMENTO 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: Para los fines del ensayo se utilizará:

Multímetro. * Pulsadores.

Puente de resistencias * Contactores.

Megómetro * Motor DC

4.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN:

1. Reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de los

componentes encontrados. (Indicar el tipo de motor según la información obtenida).

2. Medir con el instrumento adecuado el valor de la resistencia interna de cada componente, la

resistencia de aislamiento del estator y de la armadura.

Análisis de Resistencias:

Estator 158.2 Ω

Armadura 20.5 Ω

3. Elaborar el diagrama completo de conexiones del motor ensayado según normas vigentes e

incluya los valores de las resistencias internas en los símbolos graficados.

4. Identificar el conmutador y con el instrumento adecuado mida la resistencia 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 1.1

9-10 1.210-11 1.111-12 1.212-13 1.213-14 1.114-15 2.215-16 7.816-1 1.3

5. Implementar el circuito de arranque simple del motor de corriente continua según las

instrucciones de la práctica de contactores, graficar los circuitos de fuerza y control aplicados.

VOLTAJE DE ARRANQUE: 52.3 V

VOLTAJE DE VACIO: 50 V

AMPERAJE DE ARRANQUE: 0.42 A

AMPERAJE DE VACIO: 0.40 A

5.- CUESTIONARIO:

5.1.- Defina la función de cada componente ubicado en el motor ensayado.o Carcaza:

Es el soporte fabricado en material no conductor, con un alto grado de rigidez y rigidez al calor, sobre el cual se fijan todos los componentes conductores del contactor.

o Electroimán:Es el elemento motor del contactor. Esta compuesto por una serie de elementos cuya finalidad es transformar la energía eléctrica en magnetismo, generando un campo magnético muy intenso, el cual a su vez producirá un movimiento mecánico.

o Bobina:Es un arrollamiento de alambre de cobre muy delgado y un gran numero de espiras, que al aplicársele tensión genera un campo magnético.El flujo magnético produce un electromagnético, superior al par resistente de los muelles (resortes) que separan la armadura del núcleo, de manera que estas dos partes pueden juntarse estrechamente.Cuando una bobina se energía con A.C la intensidad absorbida por esta, denominada corriente de llamada, es relativamente elevada, debido a que en el circuito prácticamente solo se tiene la resistencia del conductor. Esta corriente elevada genera un campo magnético intenso, de manera que el núcleo puede atraer a la armadura, a pesar del gran entrehierro y la resistencia mecánica del resorte o muelle que los mantiene separados en estado de reposo. Una vez que se cierra el circuito magnético, al juntarse el núcleo con la armadura, aumenta la impedancia de la bobina, de tal manera que la corriente de llamada se reduce considerablemente, obteniendo de esta manera una corriente de mantenimiento o trabajo mucho más baja.

o Núcleo:Es una parte metálica, de material ferromagnetico, generalmente en forma de E, que va fijo en la carcaza. Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina (colocada en la columna central del núcleo), para atraer con mayor eficiencia la armadura.

o Armadura:Elemento móvil, cuya construcción se parece a la del núcleo, pero sin espiras de sombra, Su función es cerrar el circuito magnético una vez energizada la bobina, ya que en este estado de reposo debe estar separado del núcleo, por acción de un muelle. Este espacio de separación se denomina entre hierro o cota de llamada.Las características del muelle permiten que, tanto el cierre como la apertura del circuito magnético, se realizan en forma muy rápida (solo unos 10 milisegundos). Cuando el par resistente del muelle es mayor que el par electromagnético, el núcleo no lograra atraer la armadura o lo hará con mucha dificultad. Por el contrario, si el par resistente del muelle es demasiado débil, la separación de la armadura no se producirá con la rapidez necesaria.

o Contactos:Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de corriente, tanto en el circuito de potencia como en circuito de mando, tan pronto se energice la bobina, por lo que se denominan contactos instantáneos.Todo contacto esta compuesto por tres elementos: dos partes fijas ubicadas en la coraza y una parte móvil colocada en la armadura, para establecer o interrumpir el de la corriente entre las partes fijas. El contacto móvil lleva un resorte que grantiza la presión y por consiguiente la unión de las tres partes.

Contactos principales: Su función especifica es establecer o interrumpir el circuito principal, permitiendo o no que la corriente se transporte desde la red a la carga.Contactos auxiliares. Contactos cuya función especifica es permitir o interrumpir el paso de la corriente a las bobinas de los contactares o los elementos de señalización, por lo cual están dimensionados únicamente para intensidades muy pequeñas.

5.2.- Los valores de resistencia de aislamiento ¿son los adecuados?, explique ¿por qué?.

Son los adecuados ya que cumplen con la regla de que por cada 1000 voltios de voltaje de

operación la resistencia de aislamiento debe ser 1 megaohnmio como mínimo.

5.3.- De acuerdo al Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama de representación del

motor ensayado, y los circuitos de fuerza y control correspondiente.

5.4.- Describa ¿por qué las diferencias de valores resistivos entre las bobinas del estator y las

bobinas del rotor?

Debido a el estator está solamente los campos de excitación y dichos devanados de campo consumen muy poca corriente porque solamente generan un campo magnético, es así que tienen mucha resistencia eléctrica, a la vez 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 utilización de máquinas de Corriente Continua

en aplicaciones industriales.

La aplicación de los motores de C.C. se lleva a cabo en potencias bajas o medias y velocidades no

muy altas. La velocidad queda limitada desde el punto de vista del desgaste del colector y las

escobillas, además, para potencias altas la diferencia de potencial entre delgas es muy alta lo cual

desgasta prematuramente el colector debido a los grandes arcos eléctricos que se producen por

el efecto de armadura. También, la existencia de chisporroteo en el colector (aún en los casos

en que la máquina cuenta con interpolos) hace que los motores de C.C. sean prohibitivos en

ambientes de trabajo donde existan gases o materiales inflamables.

5.6.- La evaluación de las resistencias registradas entre dos delgas consecutivas del

conmutador, ¿son iguales?, explique brevemente.

Todas las lecturas obtenidas de dos delgas consecutivas tienen un valor muy cercano, pero no es necesariamente el mismo, ya que no se puede tener dos bobinas exactamente iguales.

6.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Se aprendió que la armadura corresponde al motor y el estator al denominado campo 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 observó la equivalencia entre los numerous escritos en los pulsadores y su valor en la

gráfica: 12 (21 y 22) Normally close y 34 (13 y 14) Normally open Se observo que no se indico en la conexión del motor que terminal era positivo y negativo. Al trabajar con corriente continua, la polaridad no importa.

7.- BIBLIOGRAFÍA:

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

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

http://www.die.eis.uva.es/~daniel/docencia/te/motores_dc.pdf

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

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