INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA PIEDAD

MAQUINAS ELÉCTRICAS

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

REPORTE DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA A 120 VOLTS

ALUMNOS:

ENRIQUE BARAJAS ORTIZ

PROFESOR:

ING. RODOLFO GUADALUPE HERNÁNDEZ La Piedad Michoacán

Jueves 6 de Mayo de 2010

INTRODUCCION.

El objetivo de esta práctica es tener un contacto directo con los módulos del laboratorio que hacen referencia a nuestra materia que es maquinas eléctricas, en los cuales encontramos un motor de corriente directa que trabaja a un voltaje de 120V, además este motor tiene un control de velocidad que se trata de un PWM (modulador por ancho de pulso).

Por lo tanto esta práctica nos empezara a adentrar más a lo que son conexiones ya que los módulos nos dejan conectar de muchas formas nuestros motores ya sea en serie o en derivación y paralelo, también nos permitirá hacer diferentes mediciones ya que contiene un modulo que viene con un voltímetro y amperímetro, los cuales nos permiten medir en el lugar que nosotros deseemos. También podremos verificar diferentes cálculos involucrados en el funcionamiento de nuestro motor de corriente continua.

MARCO TEÓRICO.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS MOTORES ELECTRICOS.

Un motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.

Debido a que son muchos y variados los tipos de motores eléctricos, existen numerosas formas de catalogarlos. A continuación se muestran algunas de las formas más usuales:

Por su alimentación eléctrica

Por el número de fases en su alimentación

Por su sentido de giro

Por su flecha

Por su ventilación

Por su carcasa

Por la forma de sujeción

Por la posición de su flecha

CLASIFICACION POR SU ALIMENTACION.

Acorde a la naturaleza de su alimentación nos encontramos con 3 tipos de motores:

Motores de corriente directa

Motores de corriente Alterna

Universales

En esta práctica nos centramos en los primeros por lo que nos limitaremos a describir este tipo de motores.

FUNDAMENTOS DE OPERACIÓN DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS.

En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que

existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación. En la figura 1.1 se muestra como se produce el movimiento de rotación en un motor eléctrico.

Generación del movimiento de rotación. Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de

inducción, descubierto por Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio que André Ampére observo en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.

TIPOS Y CARACTERÍSTICAS.

EXISTEN BÁSICAMENTE TRES TIPOS DE MOTORES ELÉCTRICOS:

a) Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.]. Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores debe de tener en el

rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo número de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:

Serie

Paralelo

Mixto

b) Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]. Son los tipos de motores más usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energías “normales”. De acuerdo a su alimentación se dividen en tres tipos:

Monofásicos (1 fase)

Bifásicos (2 fases)

Trifásicos (3 fases)

c) Los Motores Universales. Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que esta diseñado para funcionar con corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja (del orden del 51%), pero como se utilizan en maquinas de pequeña potencia, ésta no se considera importante, además, su operación debe ser intermitente, de lo contrario, éste se quemaría. Estos motores son utilizados en taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.

PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR ELÉCTRICO

Dentro de las características fundamentales de los motores eléctricos,

éstos se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes. No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.

Esquema de las partes de un motor.

PARTES DE UN MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA.

El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas

fundamentales:

Rotor

Estator

Dentro de éstas se ubican los demás componentes como:

Escobillas y porta escobillas

Colector

Eje

Núcleo y devanado del rotor

Imán Permanente

Armazón

Tapas o campanas

TABLA DE ESTRUCTURA

La siguiente tabla muestra la distribución de las piezas del motor:

ROTOR ESTATOR

Eje Armazón

Núcleo y devanado Imán Permanente

Colector Escobillas y Porta escobillas

Tapas

ROTOR

Constituye la parte móvil del motor, proporciona el torque para mover a la carga. Está formado por:

Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector.

Núcleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule.

Las laminaciones tienen por objeto reducir las corrientes parásitas en el núcleo. El acero del núcleo debe ser capaz de mantener bajas las pérdidas por histéresis. Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado).

Devanado: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un cami no de conducción conmutado.

Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas),

separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas. La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas (llamadas también cepillos).

ESTATOR.

Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo

magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio. Está formado por:

Armazón: Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales: servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán permanente, para completar el circuito magnético.

Imán permanente: Compuesto de material ferromagnético altamente remanente, se encuentra fijado al armazón o carcasa del estator. Su función es proporcionar un campo magnético uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interactúe con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la interacción de estos campos.

Escobillas: Las escobillas están fabricadas se carbón, y poseen una dureza menor que la del colector, para evitar que éste se desgaste rápidamente. Se encuentran albergadas por los porta escobillas. Ambos, escobillas y porta escobillas, se encuentran en una de las tapas del estator.

La función de las escobillas es transmitir la tensión y corriente de la fuente

de alimentación hacia el colector y, por consiguiente, al bobinado del rotor. La función del porta escobillas es mantener a las escobillas en su posición

de contacto firme con los segmentos del colector. Esta función la realiza por medio de resortes, los cuales hacen una presión moderada sobre las escobillas contra el colector. Esta presión debe mantenerse en un nivel intermedio pues, de ser excesiva, la fricción desgastaría tanto a las escobillas como al colector; por otro lado, de ser mínima esta presión, se produciría lo que se denomina "chisporroteo", que es cuando aparecen chispas entre las superficies del colector y las escobillas, debido a que no existe un buen contacto.

MATERIAL

MODULO DE LABORATORIO LAB-VOLT “MAQUINA DE CORRIENTE

DIRECTA”.

MODULO DE LABORATORIO LAB-VOLT DC VOLTMETER/AMMETER.

MODULO DE FUENTE DE ALIMENTACIÓN LAB-VOLT.

CABLES BANANA.

MULTÍMETRO

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO LAB-VOLT

(2) MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA PEQUEÑOS.

DESARROLLO

PROCEDIMIENTO Nos situamos en el laboratorio de Maquinas eléctricas donde se

encuentra el laboratorio didáctico Lab-Volt el cual cuenta con un panel con módulos intercambiables y conexionables entre sí para poder realizar las diferentes practicas que se describen en el manual de prácticas.

Los módulos consisten desde motores eléctricos que pueden ser de corriente directa y que pueden o no tener reóstatos para regular su velocidad, o alterna, también entre los módulos están aquellos que corresponden a la fuente de alimentación y los instrumentos de medición como amperímetros y voltímetros. En esta práctica en particular utilizamos el módulo correspondiente al motor de corriente directa que trabaja a 120Volts de corriente directa. Este modulo además cuenta con un reóstato por medio del cual regulamos la velocidad.

A continuación unas fotos de los módulos correspondientes a esta práctica y una breve descripción.

EQUIPOS UTILIZADOS.

MODULO MAQUINA DE CORRIENTE DIRECTA: MOTOR, REÓSTATO,

BOBINAS

BOBINADO

MOTOR CC

REOSTATO

MODULO DE FUENTE DE ALIMENTACION

CONEXIONES DE MOTOR EN DERIVACIÓN

Conecte el circuito que aparece en la figura. Observe que el reóstato está

en serie con el campo en derivación y que esta combinación se conecta en paralelo con la armadura a través del voltaje de entrada.

Una vez que colocamos en el panel principal del laboratorio los módulos correspondientes para esta práctica procedimos a realizar las conexiones indicadas en el manual de práctica a continuación un esquema que muestra las conexiones hechas de acuerdo al manual.

PERILLAS

DE

CONTROL

CONEXIÓN

DE

CORRIENTE

CONTINUA A

120V DE 8A

3A

BOTÓN DE

ENCENDIDO

Ahora bien lo primero que hicimos como se muestra en el diagrama es

conectar la terminal 7 que corresponde a la terminal positiva de la fuente de alimentación CC con una de las terminales del motor en este caso la número 2.

Después la otra terminal la número 1 la conectamos una un extremo del

primer bobinado en la terminal numero 5, mientras el otro extremo la terminal 6 del bobinado se conecto con el numero el terminal 7 del reóstato y finalmente el terminal 8 del reóstato con la terminal 2 del motor.

Una vez terminadas estas conexiones accionamos el switch de la fuente

de poder para comenzar a analizar el comportamiento de la maquina.

Una vez armador este circuito pasamos al siguiente el cual es en serie.

CONEXIONES DEL MOTOR EN SERIE Con los módulos EMS de fuente de energía, de medición de CD y del motor generador de CD, conecte el circuito ilustrado de la figura observe que la armadura está conectada en serie con el devanado de campo en serie a través del voltaje de entrada.

Ahora se realizara lo mismo que en el pasado diagrama conectado de nuestro modulo de la fuente de alimentación que está marcada con el numero 7 a una punta de nuestro motor que es la número 1 de nuestro modulo de máquina de corriente continua.

Enseguida de nuestra otra terminal del motor que serial la número 2 se conecta a una bobina del mismo modulo que es la número 3.

La otra terminal de nuestra bobina va a nuestro neutro de la fuente de alimentación.

Y así es como se armo nuestro circuito en serie de nuestro motor de corriente continua.

A continuación solo nos queda menciona los resultados obtenidos tanto en nuestra conexión de derivación como en serie.

L1

1mH7 1 2 3 4

N

+

-

0 - 120 CD

RESULTADOS

Una vez conectado el motor de forma apropiada nos dedicamos analizar su comportamiento y realizar las mediciones pertinentes mediante los instrumentos adecuados en este caso un voltímetro y amperímetro, ambos vienen incluidos en un modulo del laboratorio didáctico Lab-Volt.

A continuación se muestran 2 tablas, en la cuales se observa los resultados de nuestra primera práctica la cual consiste en observar nuestro amperímetro y encender nuestro motor para observar el consumo que tiene al arranque y tomar diferentes mediciones modificando el valor de nuestro reóstato y la segunda consta de ver el amperímetro mientras nuestro motor esta en marca y también modificando el valor de nuestro reóstato.

Motor DC 120V primera práctica “Arranque”

Corriente a

distintos valores

del reóstato.

Resistencia del

reóstato

Resistencia

del motor.

Resistencia

de bobina.

¼ 0 - 2.4A MINIMA MÁXIMA 8.6Ω 185.1Ω

½ 0 - 2.8A 18Ω 192.8Ω

¾ 0 - 2.8A

Max 0 - 3A

Motor DC 120V primera práctica “Trabajando constantemente”

Corriente a

distintos valores

del reóstato.

Resistencia del

reóstato

Resistencia

del motor.

Resistencia

de bobina.

¼ 0.4mA MINIMA MÁXIMA 8.6Ω 185.1Ω

½ 0.45mA 18Ω 192.8Ω

¾ 0.5mA

Max 0.6mA

En nuestra segunda práctica nada más se obtuvieron dos mediciones ya que no contamos con reóstato, las cuales fueron cuando se enciendo el motor, y cuando lo dejamos trabar constantemente.

Motor DC 120V Segunda Practica “Conexión en Serie”

PICO 0 – 1.4 A CONSTANTE 500 mA

También se trabajo con 2 motores pequeños de corriente continua

utilizándolos como generadores de voltaje. Y se obtuvieron los siguientes resultados.

MOTOR 1 UTILIZÁNDOLO COMO GENERADOR

MÍNIMO 180 MV RESISTENCIA DEL MOTOR MEDIA 200 MV 1.72Ω

MÁXIMO 313 MV

MOTOR 2 UTILIZÁNDOLO COMO GENERADOR

MINIMA 650MV RESISTENCIA DEL MOTOR

MEDIA 19.16Ω

MAXIMA 950MV – 1V

CONCLUSIÓN Básicamente en nuestra primera práctica se pudo observar las variaciones de corriente de puede haber en un motor de corriente directa conectado a 120v ya que cuando se conectaba el motor se podía observar un pico en la corriente y después de restablecía a un valor menor peros siempre constante sin variaciones. También se pudo observar que con el reóstato, trabajaba como un PWM ya que nos dejaba variar la velocidad de nuestro motor. Y en nuestros motores pequeños se obtuvieron resultados que no se esperaba ya que el motor que era un poquito más robusto generaba menor voltaje que el más pequeño.