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ResumenEste documento presenta los resultados del

laboratorio al estudiar las caractersticas de par en funcin de la

velocidad del motor de cd en derivacin, realizado el 14 de Junio

del 2011. El informe contiene el marco terico referente al tema

de la prctica, el desarrollo de las preguntas, la prueba de

conocimiento de la misma y las conclusiones a las que se lograron

llegar.

Palabras clave

par (couple), voltaje de armadura (armature

voltage), intensidad del campo magntico (Magnetic field

strength).

I. INTRODUCCIN

on base a los conceptos tericos vistos en clase, se estudien la prctica de laboratorio, las propiedades del motor de

c-d en derivacin. Manteniendo un voltaje de lnea de cdconstante y haciendo variar la carga se obtuvo una curva develocidad en funcin del par.

II. MARCO TERICO

Un motor dc en derivacin es aquel cuyo circuito de campo seobtiene su potencia directamente de las terminales delinducido del motor, se supone que el voltaje de alimentacinal motor es constante. Una caracterstica de las terminales deuna maquina es una grfica de las cantidades de salida son elpar al eje y la velocidad; por tanto, su caracterstica de losterminales es una grfica del par contra la velocidad en susalida.Es importante tener en cuenta que, para una variacin lineal de

la velocidad del motor con respecto al par, los otros trminosde esta expresin deben permanecer constantes cuando cambiala carga. Se supone que el voltaje en las terminales,suministrado por la fuente de potencia dc, es constante, lasvariaciones de voltaje afectaran la forma de la curva par-velocidad.La reaccin del inducido es otro efecto interno del motor quetambin puede afectar la forma de la curva par-velocidad. Siun motor presenta reaccin del inducido, el efecto de

debilitamiento del flujo reduce el flujo en la maquina a medidaque aumenta la carga.Circuito. La Fig.1. Muestra un motor conectado en derivacin,en este caso el circuito de campo est conectado en paralelo, oen derivacin con el circuito de armadura. Normalmente, elcampo tiene una resistencia grande, por lo cual la corriente decampo es pequea en comparacin con la corriente dearmadura. El motor conectado en derivacin es similar al

excitado por separado, salvo que el caso que nos ocupa esnecesario regular la corriente de campo por medio de unrestato, Rc.

Fig.1. Modelo circuital de un motor conectado en derivacin.

Anlisis. Ahora deduzcamos el par en funcin de la velocidadcon voltaje de alimentacin y corriente de campo fijos. Elcomportamiento no lineal de estructura magntica no influye,porque la corriente de campo es constante. Por lo tanto laecuacin resultante es la siguiente:

(1)

Despejando el par generado obtenemos lo siguiente:

(2)

Si suponemos que el par de perdida por rotacin es constante ovaria linealmente con la velocidad, el par de salida tendr laforma lineal:

Informe del experimento del laboratorio N24

El motor de cd en derivacin. (14 Junio 2011)

F. G. Paja, N. Bolaos, y L. X. Villa

C

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(3)

Donde C1 y C2 son constantes.

Determinacin de la velocidad en general.

Puesto que la fuerza contra electromotriz, E, y la velocidad sonestrictamente proporcionales, podemos determinar la velocidad apartir de la potencia generada mediante la siguiente ecuacin:

E2Ra (4)

Esta ecuacin proporciona dos races reales y positivas; el valorms grande de E es la solucin realista. A partir de la E resultantese obtiene la velocidad, y de esta y de la potencia se calcula el

par.

Definiremos el porcentaje de regulacin como la diferencia de los

voltajes de salida con carga Vc y sin carga V , dividido entre el

voltaje sin carga Vc .

%100%

Vc

VcVreg (5)

III. DESCRIPCIN DE LA METODOLOGA EMPLEADA PARA EL

DESARROLLO DE LA GUASe conect el circuito establecido en la gua de laboratorio N24:el motor de cd en derivacin, esperando obtener los valores delpar de carga en funcin de la velocidad, y la corriente de lneapara distinta carga. Haciendo uso de los mdulos: de fuente dealimentacin, medicin de cd, motor-generador de cd, moduloelectrodinammetro.

IV. DESARROLLO DE LOS PUNTOS DE LA GUA

Utilizando un voltaje de lnea constante igual a 120v, se leaplico carga al motor hacindola variar segn la escala delrestato, para obtener la corriente de lnea (I) y la velocidaddel motor.

Los resultados obtenidos fueron ubicados en la siguiente tabla enbase a todos los pasos dados del punto 2 al 7 de la gua.

TABLAIRELACIN EXPERIMENTAL ENTRE EL PAR MECNICO DEL MOTOR CON

DEVANADO EN DERIVACIN Y LA VELOCIDAD

E(V) I(A) VELOCIDAD(r/min) PAR (lbf./plg)120 0.7 1800 0120 1.2 17518 3120 1.8 1703.1 6120 2.45 1690.1 9120 3.1 1647.7 12

Con base a la Tabla I, se trazar una curva que relacionar losvalores de velocidad en funcin del par para un motor de c-d enderivacin:

Fig.2. relacin de la velocidad en funcin del par.

Al mantener el voltaje de lnea de cd constante, el voltaje dearmadura y la intensidad de campo sern constantes tambin porlo que la velocidad debera mantenerse constante. Sin embargo,la velocidad tiende a disminuir cuando se aumenta la carga delmotor. Este descenso de velocidad se debe sobre todo a laresistencia del devanado de la armadura.

Del punto 8. Se deben calcular la regulacin de la velocidadutilizando el voltaje de salida en vaco y a plena carga (9 lbf/plg)anotados en la tabla anterior.

Los resultados segn II-F-(5) son los siguientes:

A. Carga de 9lbf/plg

%5.6%1001.1690

1.16901800%

reg

En el numeral 10. b) se pide registral el valor del voltaje c-d y

el par desarrollado, para un corriente de lnea de 3A.

Los datos encontrados fueron.

1600

1650

1700

1750

1800

1850

0 5 10 15

VELOCIDADEN(r/min)

PAR (lbf-plg)

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E=2.0 v

PAR=0.1lbf/plg

Para el punto 11.b) se debe calcular el valor de la corriente de

arranque que requiere el motor de d-c con devanado en

derivacin, cuando se le aplica todo el voltaje de lnea

(120v c-d)

Prueba de conocimientos

1. Calcule los hp que desarrolla el motor de c-d con devanado

en derivacin cuando el par es 9 lbf-plg.

( )

( )

2. Si se sabe que 1 hp equivale a 746 watts, cul es el valor

equivalente en watts de la salida del motor de la pregunta 1?

Watts= 180.5.

3. cul es la potencia de entrada (en watts) del motor de la

pregunta 1?

La potencia elctrica que absorbe el motor, es decir la Pabs,tambin llamada potencia de entrada, es la potencia quedesarrollar el motor si no existe ningn tipo de perdidas, esdecir, potencia de consumo. Est definida por:

Pabs = (Iabs)(U) = (Iexc+Ii)(U)

Donde Iabs es la intensidad de corriente de lnea de entrada.U es la tensin aplicada en los bordes del motor.

Pabs = Va*Ia = (120V)(3.1A) = (372W) porque estamos sincarga.

4. Si se conecta la potencia de entrada y la de salida en watss,

Cul es la eficiencia del motor de la pregunta 1?

= (potencia de salida / potencia de entrada)(100) = (180w / 372w) (100) = 48.38 %

5. Calcule las perdidas en watts, del motor de la pregunta

Peridas de cobre = (Iexc)(Iexc)(Rexc) + (Ii)(Ii)(Ri) =

Peridas en

6. Indique algunas de las partes del motor en que se producen

estas prdidas:

Sabemos que en no toda la potencia de entrada a la maquina estil en el otro lado, pues siempre hay alguna perdida asociadaal proceso. La diferencia entre la potencia de entrada y la desalida de la maquina son las prdidas que ocurren en suinterior, estas prdidas se pueden dividir en 5 categoras:

prdidas elctricas o prdidas en el cobre, en las escobillas, enel ncleo, las mecnicas y las miscelneas o dispersas. Laspartes en donde se presenta son: el circuito de campo,devanados del inducido y del campo de la mquina. Elcontacto de potencial con las escobillas de la mquina, dentrodel metal del motor por corrientes parsitas y las prdidas porhistresis. Rozamiento propio y rozamiento por el aire.

7. disminuiran estas prdidas si se montara un ventilador en

el eje del motor? Por qu?

Si disminuiran las perdidas si colocramos un ventilador aleje del motor, porque al variar la velocidad se puede reducir elconsumo de energa hasta un 60%. Por ejemplo para un motorde 90kw, el variador de velocidad reduce la cantidad deenerga empleada por el motor para lograr su fin, o porejemplo puede permitir que consuma solo la mitad de laenerga comparado con otro funcionando a plena velocidad,vindolo desde el punto de vista de rentabilidad, y suponiendoque este motor cuando fue creado no fue acondicionado conun aislante apropiado que resista las temperaturas, y que unaumento de temperatura no provoque problemas, resistiendo alas altas temperaturas. Pero dado el caso que el motor ya fuere

acondicionado para que resista las temperaturas, seriainnecesario ya que tenemos problema cuando haytemperaturas altas, as que ms bajas de la que ya tiene nohabra ningn inconveniente ni afectara las perdidas, ya que elmomento crtico es cuando existen temperaturas internasexcesivas que tambin pueden afectar al vida til de todos losdevanados, por ejemplo el caso del aislamiento en el hilo decobre, el cual se degrada por efecto de altas temperaturas; esdecir un aumento de 10C en la temperatura de operacin,puede reducir a la mitad la vida til el devanado. Por esto losmotores se fabrican con asilamiento de 155C, pero se diseanpara funcionar a temperaturas no superiores a 130C. El

aumento de temperatura es un aspecto del rendimiento de losmotores que se investigan permanentemente, y como tiene unrango de operacin ese enfriamiento no afecta las perdidas siya viene por defecto su respectivo aislante.

8. De dos razones por las que las prdidas son indeseables.

a. Una razn por la que es indeseable las prdidas, porejemplo las que varan con carga, las perdidas en el cobre delestator son causadas por el calentamiento provocado por la

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circulacin de corriente a travs de la resistencia del devanadodel estator. Lo que obliga a los fabricantes a utilizar tcnicaspara reducirlas como la optimizacin del diseo de las ranurasdel estator. Las laminaciones del estator deben ser de acero debaja prdida, lo ms uniformes y delgadas posibles, paramaximizar la intensidad de los campos magnticos. Debenestar alineadas cuidadosamente para garantizar que los canalessean rectos. Naturalmente, cuanto ms delgadas sean laslaminaciones, tantas ms caras sern de producir; adems, unagran precisin de alineamiento exige tcnicas de produccinms especializadas.

b. Otra razn es por ejemplo para las prdidas en el rotor, queson causadas por las corrientes en el mismo y por las prdidasen el hierro, y si tenemos un motor de alta eficiencia, estasprdidas se deben reducir aumentando las barras conductoras ylos anillos terminales para reducir la resistencia; implicandoms costos ms trabajo y menor rentabilidad. Generandofiabilidad y confianza en la persona que lo utiliza.

9. cuantas veces es mayor la corriente de arranque que la

corriente normal de plena carga?

La corriente de arranque es mayor de 5 a 7 veces la corrientenormal de plena carga. Ya que para que un motor en conjuntocomience a girar se necesita que el par motor supere al parresistente, de manera que genere una aceleracin angular dearranque. El proceso de arranque finaliza cuando se equilibrael par motor con el par resistente, estabilizndose la velocidadde giro del motor. Como la cupla motora es el producto de la

corriente absorbida por el flujo del campo magntico, ademsde un factor que caracteriza al tipo de mquina, este mayor parde arranque generalmente est asociado a una mayor corrientede arranque, La que no debe superar determinado limite por elcalentamiento de los conductores involucrados. Por esto sedice que la corriente de arranque es de 5 a 7 veces mayor quela corriente normal a plena carga que es la corriente que tomao consume un motor cuando desarrolla su potencia nominal.Cabe resaltar que la corriente de arranque es la que toma unmotor justamente durante el periodo de arranque, y esconsiderablemente mayor que su corriente nominal, cuando elmotor ha alcanzado su velocidad normal. Esto significa que

los conductores que alimentan a los motores deben estarprotegidos por un elemento contra sobrecarga con unacapacidad suficientemente grande como para soportar lacorriente de arranque por un tiempo corto. La corriente dearranque de un motor depende principalmente de sureactancia, y se designa en algunos motores por medio de unaletra, correspondiendo las primeras letras del abecedario, amotores de alta reactancia y las ultimas a motores de bajareactancia. Estas cantidades se expresan como (KVA / hp) arotor frenado y se dan como la corriente nominal.

CONCLUSIONES

Si el voltaje de lnea c-d es constante, el voltaje de armadura yla intensidad de campo sern aproximadamente constantes, ypor tanto el motor en derivacin funciona a una velocidadconstante.

La velocidad en un motor d-c en derivacin disminuye cuando

se aumenta la carga del motor, esta disminucin depende de laresistencia del devanado de armadura.

Las prdidas del motor, se ven reflejadas en forma de calor yaumentan con el valor de la carga, haciendo que el motor secaliente mientras se produce energa mecnica

REFERENCIAS

[1] Stephen J. Chapman,Maquinas Electricas, 4ed. , McGraw-Hill,p. 65-70.

[2] http://www.infowarehouse.com.ve/pugoz/ingelect/ingelec_motorcc.pdf.[3]

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