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MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA (D.C.) 1. OBJETIVOS: 

Realizar el circuito de fuerza del motor shunt en el tablero eléctrico.



Comparar resultados teóricos con los datos experimentales obtenidos en el laboratorio.

2. MARCO TEORICO: Los motores eléctricos de corriente continua son el tema de base que se amplía en el siguiente trabajo, definiéndose en el mismo los temas de más relevancia para el caso de los motores eléctricos de corriente continua, como lo son: su definición, los tipos que existen, su utilidad, distintas partes que los componen, clasificación por excitación, la velocidad, la caja de bornes y otros más. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el cconsumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores, etc.)

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor. Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.

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. La polaridad de la tensión en los generadores es opuesta a la aplicada en los bornes del motor. Durante el arranque de un motor de corriente continua se producen fuertes picos de corriente ya que, al estar la máquina parada, no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como un simple conductor de baja resistencia. La fuerza contraelectromotriz en el motor depende directamente de la velocidad de giro del motor y del flujo magnético 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 delgas 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. En realidad, si un motor de corriente continua en su inducido lleva un bobinado imbricado, se deberán poner tantas escobillas como polos tiene la máquina, pero si en su inducido lleva un bobinado ondulado, como solo existen dos trayectos de corriente paralela dentro de la máquina, en un principio es suficiente colocar dos escobillas, aunque si se desea se pueden colocar tantas escobillas como polos.

Sentido giro En máquinas de corriente directa 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 histéresis.

Reversibilidad 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 el rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía eléctrica. En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector delga, 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 magnético del inductor principal en el estator

ENSAYO EN VACIO El ensayo de vacío del motor asíncrono permite determinar los parámetros RFe y Xμ de la rama paralelo del circuito equivalente del motor asíncrono. El ensayo de vacío consiste en hacer funcionar al motor, a tensión nominal, sin ninguna carga mecánica acoplada al eje, es decir, la máquina trabaja a rotor libre. Las magnitudes a medir en el ensayo de vacío son el valor de la tensión que alimenta a la máquina, Vn, que debe coincidir con la tensión nominal, la potencia absorbida por el motor, P0 y la corriente de vacío, I0. Los motores de inducción se caracterizan por no poder girar a la velocidad de sincronismo ya que si alcanzan la velocidad de sincronismo no generan par. Desde el punto de vista del circuito equivalente de la máquina, girar a la velocidad de sincronismo, s=0, implicaría que el valor de la resistencia del secundario R′2/s sería infinito. En la práctica, lo que sucede es que la velocidad de giro de la máquina asíncrona en vacío es muy próxima a la velocidad de sincronismo. Este hecho supone que, desde el punto de vista del circuito equivalente, el valor de la resistencia del secundario, R′2/s sea muy elevado ya que s≈0. Dado que no hay ninguna carga acoplada al eje, toda la potencia disipada corresponde a la energía necesaria en las pérdidas por rozamientos y en la refrigeración, a través del ventilador, de la máquina. La consecuencia directa de un valor de resistencia muy elevado en el secundario es que la corriente circulante por el rotor es muy pequeña, I′2≈0. De este modo, las pérdidas en el cobre del rotor son despreciables. La potencia absorbida en el ensayo de vacío, P0, es igual a la suma de las

pérdidas en el cobre del estator, Pcu, las pérdidas en el hierro, PFe y las pérdidas mecánicas, Pm.

𝑃0 = 𝑃𝐶𝑈 + 𝑃𝐹𝐸 + 𝑃𝑚 Los valores de las pérdidas en el cobre del estator se obtienen multiplicando la corriente de vacío, I0, por el valor de la resistencia estatórica, R1, calculado en el ensayo de corriente continua de la máquina asíncrona. Para determinar las pérdidas en el hierro, PFe, y las pérdidas mecánicas, Pm, es necesario alimentar la máquina con varios niveles de tensión, desde su valor nominal hasta un valor alrededor del 50% de la tensión nominal. Para cada punto de tensión, se deben medir la tensión de alimentación a la máquina, V0V, la potencia absorbida por la máquina, P0V y la corriente de vacío, I0V, ya que a partir de ellos se deducen las pérdidas en el hierro y mecánicas para cada punto según 𝑃𝐹𝑒𝑉 + 𝑃𝑚𝑉 = 𝑃0𝑉 − 3 ⋅ 𝑅1 ⋅ 𝐼02𝑉 La representación de la suma de las pérdidas en el hierro y mecánicas en función de la tensión de alimentación V0V muestra una evolución de tipo parabólico, tal y como se muestra en la figura.

Pérdidas mecánicas y pérdidas en el hierro en función de la tensión de alimentación. Si se extrapola la curva de tipo parabólico hasta su corte en el eje de ordenadas se obtiene el valor de las pérdidas mecánicas, ya que en ese punto la tensión de alimentación de la máquina es V00=0V y, por tanto, las pérdidas en el hierro son nulas al no circular ningún flujo. Para reducir errores de cálculo en la extrapolación de la curva parabólica, en la práctica se representa la suma de las pérdidas en el hierro y mecánicas, PFe+Pm, en función del cuadrado de la tensión de alimentación V02V de la máquina tal y como se observa en la siguiente figura. En este caso, la curva de tipo parabólico mostrada en la figura anterior se

transforma en una línea recta, cuya ordenada en el origen representa el valor de las pérdidas mecánicas, Pm de la máquina.

Pérdidas mecánicas y pérdidas en el hierro en función del cuadrado de la tensión de alimentación. Una vez son conocidas las pérdidas mecánicas de la máquina, se puede determinar el valor de las pérdidas en el hierro, PFe, cuando la máquina está alimentada a tensión nominal y, como consecuencia se podrán determinar los elementos de la rama paralelo del circuito equivalente según las siguientes expresiones:

𝑐𝑜𝑠𝜑0 =

𝑃𝐹𝑒 3 ⋅ 𝑉𝑛 ⋅ 𝐼0

; 𝐼𝐹𝑒 = 𝐼0 ⋅ 𝑐𝑜𝑠𝜑0 ;

𝐼𝜇 = 𝐼0 ⋅ 𝑠𝑖𝑛𝜑0

donde

𝑅𝐹𝑒 =

𝑉𝑛 𝐼𝐹𝑒

;

𝑋𝜇 =

𝑉𝑛 𝐼𝜇

3. MATERIALES: Unidad de pulsadores

Puede ser un contacto normalmente abierto en reposo NA (Normalmente abierto), o con un contacto NC (normalmente cerrado) en reposo. -

Se utilizo para el accionamiento del motor arranque y parada

Motor de CC 110V

Es una máquina que convierte energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción de un campo magnético. -

Se utilizo para el estudio de sus parámetros y fue conectado en paralelo y la prueba se hizo en vacio

Interruptor termomagnético

Es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). Se utilizo para energizar todo el sistema

-

Regulador de tensión

El regulador de voltaje recibe la corriente directa de un enchufe y este por naturaleza tiene altos y bajos voltajes, ruidos y descargas inesperadas, posteriormente el regulador hace su trabajo limpiando de ruido y estabilizando de manera eficiente el voltaje para que al llegar a tu equipo electrónico este no se dañe. -

Se utilizo para ir regulando la tensión en la entrada del motor cc de 10v hasta 110v.

Unidad de contactor

Un contactor es un elemento electromecánico que tiene la capacidad de establecer o interrumpir la corriente eléctrica de una carga, con la posibilidad de ser accionado a distancia mediante la utilización de elementos de comando -

Se utilizo para realizar el circuito de mando

Unidad medidor multifuncional

Es un instrumento compacto indicado para la medición y visualización de diferentes parámetros eléctricos. -

Se utilizó para leer los diferentes niveles de intensidad variando la tensión

4. PROCEDIMIENTO: Ya teniendo los conocimientos teóricos, sobre el motor CC, se procede a elegir los materiales para la realización del trabajo en el laboratorio. Conectando el circuito de mando y el de fuerza.

Circuito de mando

Consiste en un arranque directo la cual al accionar el pulsador S2, el contactor KM1 entre en funcionamiento y así poder energizar nuestro motor DC.

Circuito de fuerza Consiste en el circuito de arranque directo conectado directamente al motor en sus líneas de fuerza, además acoplamos un regulador del voltaje para realizar nuestras pruebas en vacío

Circuito de mando

Circuito de fuerza

Una vez conectados los dos circuitos y verificados si están bien conectados, con ayuda el regulador de tensión se empieza a regular de 10v en 10v hasta llegar a los 110v requeridos por el motor. Al regular ver el multímetro del tablero eléctrico, y anotar la corriente que indica en cada tensión

5. ANALIS DE LOS RESULTADOS:

Corrientes (A) 0.024 0.021 0.022 0.025 0.032 0.041 0.052 0.064 0.076 0.087 0.101

Tension (V) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

grafica V vs I

120 100 80 60 40 20 0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

6. CONCLUSION:  En las medidas de la práctica que realizamos a diferentes tensiones podemos ver que hay presencia de corriente debido a que existen perdidas en el motor de cc como los son las perdidas en el cobre Pcu, las perdidas en el hierro PFE y las perdidas mecánicas Pm, la cual la suma de estas pérdidas nos da la potencia absorbida en el ensayo en vacío P0.

 No podríamos encontrar sus pérdidas con los datos tomados ya que nos faltaría tomar la potencia de entrada del motor. 7. BIBLIOGRAFIA Santos, J.. (Noviembre 30, 2015). Pruebas que se realizan al motor de inducción. Abril 8, 2019, de Blogger.com Sitio web: http://maquinaselectricas2016.blogspot.com/2015/11/perdidas-en-unmotor-de-induccion.html Rojas, L.. (Julio 23, 2008). Motores de Corriente Continua. Abril 8, 2019, de Monografias.com Sitio web: https://www.monografias.com/trabajos61/motores-corrientecontinua/motores-corriente-continua.shtml