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• Daniel Omar Correa

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN LABORATORIO DE MAQUINAS DE CORRIENTE DIRECTA Y SINCRONAS

PRACTICA 1 “EL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA PARTE 1” PROFESOR: ANGEL ISAIAS LIMA GOMEZ . ALUMNO: CORREA RUIZ DANIEL OMAR No de Cuenta: 414077513

FECHA DE REALIZACION: 27- FEBRERO 2019 FECHA DE ENTREGA: 5 MARZO 2019 SEMESTRE: 2019- 2 GRUPO: 2701 B

PRÁCTICA N° 1: INTRODUCCION: La máquina de corriente continua puede ser utilizada tanto como generador o como motor, aunque en la actualidad su uso está dado como motor, ya que la generación de energía en corriente continua se logra mediante equipos rectificadores, de mejor eficiencia y menor costo. En cuanto a su uso como motor, tiene gran importancia en la industria automotriz ya que los vehículos, cuentan con un número importante de motores de pequeña potencia (limpiaparabrisas, motor de arranque, levanta vidrios, calefactor, etc.) La 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. En esta experiencia de laboratorio se estudiara la estructura básica del motor y generador DC, medir la resistencia en sus devanados, conocer los diferentes valores nominales de corrientes en los devanados, hallar la posición neutra de las escobillas, realizar las conexiones básicas del motor y observar el comportamiento de los parámetros del motor de acuerdo al conexionado serie o Shunt. FUNDAMENTO TEORICO: Los motores de corriente continua son insuperables para aplicaciones en las que debe ajustarse la velocidad, así como para aplicaciones en las que se requiere un par grande. En la actualidad se utilizan millones de motores DC en automóviles trenes y aviones, donde impulsan ventiladores de diferentes tipos, también mueven limpia parabrisas y accionan los elevadores de asientos y ventanas. El motor DC tiene un estator y un rotor, este último es más conocido como armadura. El estator contiene uno o más devanados por cada polo, los cuales están diseñados para llevar corrientes directas que establecen un campo magnético. La armadura y su devanado están ubicados en la trayectoria de este campo magnético y cuando el devanado lleva corriente, se desarrolla un par que hace girar al motor. Hay un conmutador conectado al devanado de la armadura; en realidad, el conmutador es un dispositivo mecánico que sirve para que la corriente de armadura, bajo cualquier polo del estator, circule siempre en el mismo sentido, sin importar la posición. Si no se utilizara un conmutador, el motor solo podría dar una fracción de vuelta y luego se detendría. La corriente continua presenta grandes ventajas, entre las cuales está su capacidad para ser almacenada de una forma relativamente sencilla. Ésto, junto a una serie de características peculiares de los motores de corriente continua, y de aplicaciones de procesos electrolíticos, tracción eléctrica, entre otros, hacen que existen diversas instalaciones que trabajan basándose en la corriente continua. Los generadores de corriente continua son las mismas máquinas que transforman la energía mecánica en eléctrica. No existe diferencia real entre un generador y un motor, a excepción del sentido de flujo de potencia. Los generadores se clasifican de acuerdo con la forma en que se provee el flujo de campo, y éstos son de excitación independiente, derivación, serie, excitación compuesta acumulativa y compuesta diferencial, y además difieren de sus características terminales (voltaje, corriente) y por lo tanto en el tipo de utilización PARTES DE UNA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA

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Estator: Parte fija formada por polos salientes y culata. Inductor: Devanado formado por bobinas situadas alrededor del núcleo de los polos principales. que al ser recorridos por la corriente de excitación crea el campo magnético inductor. Rotor: Parte móvil que gira alrededor del eje. Entrehierro: Distancia entre los polos principales y el rotor. Inducido: Devanado situado en las ranuras del rotor y que por la influencia del campo eléctrico, es objeto de fuerzas electromotrices inducidas y de fuerzas mecánicas. Zonas neutras: Puntos del inducido en los que el campo es nulo. Colector: Cilindro formado por delgas de cobre endurecido separadas por aislante, conectadas al inducido y giran conjuntamente con él. Escobillas: Piezas conductoras metalografíticas resistentes al rozamiento que estando fijas frotan con el colector móvil conectando el inducido con el exterior, al tiempo que provoca la conmutación para que trabaje con corriente continua. Polos auxiliares: Polos salientes situados entre los polos principales. cuyo arrollamiento está conectado en serie con el inducido de forma que al crear un campo contrario al de reacción del inducido evita sus problemas y provoca una buena conmutación sin chispas

Funcionamiento como generador Si una armadura gira entre dos polos de campo fijos, la corriente en la armadura se mueve en una dirección durante la mitad de cada revolución, y en la otra dirección durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en una dirección, o continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. Las dos mitades del anillo se aislaban entre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón se mantenían en contra del conmutador, que al girar conectaba eléctricamente la bobina a los cables externos Funcionamiento como motor En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a los generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan al revés. Cuando la corriente pasa a través de la armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas por la reacción magnética, y la armadura gira. La acción del conmutador y de las conexiones de las bobinas del campo de los motores son exactamente las mismas que usan los generadores. La revolución de la armadura induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto en la dirección al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ahí que se conozca como voltaje inducido o fuerza contra electromotriz.

“EL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA, PARTE I” OBJETIVOS 1. Examinar la estructura de un motor / generador de c-d. 2. Medir la resistencia en sus devanados. 3. Estudiar los valores nominales de corriente de los diversos devanados INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de motor/generador de CD EMS 8211 Módulo de fuente de energía (0-120V c-d) EMS 8821 Módulo de medición de CD (20/200V, 500mA, 2.5A) EMS 8412 Cables de conexión EMS 8941 1. Examine la estructura del módulo de motor / generador de CD EMS 8211, poniendo especial atención en el motor, el reóstato, las terminales de conexión y el alambrado. Observe que la cubierta del motor se diseñó de manera que se pueda ver fácilmente su estructura interna. La mayoría de los motores comerciales no tienen esta construcción abierta. 2. Observando el motor desde la parte posterior del módulo: a) Identifique el devanado de la armadura. b) Identifique los polos del estator. c) ¿Cuántos polos de estator hay? 4 Polos d) El devanado del campo en derivación de cada polo del estator se compone de muchas vueltas de alambre de diámetro pequeño. Identifique el devanado del campo en derivación. e) El devanado del campo en serie está arrollado en el interior del devanado de campo en derivación sobre cada polo del reactor, se compone de menos vueltas y el diámetro del alambre es mayor. Identifique el devanado de campo serie. 3. Viendo el motor desde el frente del módulo: a) Identifique el conmutador. b) ¿Aproximadamente cuántas barras de conmutador (segmentos) hay? 100 aproximadamente c) ¿Cuántas escobillas hay? 2 escobillas d) La posición neutral de las escobillas se indica mediante una línea roja marcada en la cubierta del motor. Identifíquela. e) Las escobillas se pueden ubicar en el conmutador moviendo la palanca de ajuste de escobillas, hacia la derecha o la izquierda de la línea roja indicadora. Mueva la palanca en ambos sentidos y luego devuélvala a la posición neutral. 4. Viendo la parte delantera del módulo se nota que:

a) El devanado de campo en derivación (vueltas numerosas de alambre fino) está conectado con las terminales 5 y 6. b) El devanado de campo en serie (pocas vueltas de alambre más grueso) está conectado con las terminales 3 y 4. c) La corriente nominal de cada devanado está indicada en la carátula del módulo. ¿Podría responder a las preguntas (a) y (b) contando sólo con estos datos? Explique su respuesta. Si por la capacidad de conducción de corriente entre cada una de ellas. d) Las escobillas (segmentos del conmutador y devanado del inducido) se conectan a las termínales 1 y 2. 5. El reóstato, montado en la carátula del módulo, está diseñado para controlar (y llevar con seguridad) la corriente del campo en derivación. a) El reóstato está conectado a las terminales 7 y 8. b) ¿Cuál es el valor nominal de su resistencia? 500 Ω 6. A continuación medirá la resistencia de cada devanado del motor utilizando el método del voltímetroamperímetro. Con estos datos calculará la pérdida de potencia en cada devanado. Use los Módulos EMS de fuente de energía, medición de CD y motor/generador de CD para conectar el circuito de la Figura 1-1.

7. Conecte la fuente de alimentación. a) Aumente lentamente el voltaje hasta que el devanado de campo en derivación lleve 0.3A de corriente, según lo indique el medidor de 0-500mA c-d (este es el valor de la corriente nominal del devanado de campo en derivación). b) Mida y anote el voltaje del devanado de campo en derivación. E (campo en derivación) = 74 V dc c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. d) Calcule la resistencia del devanado de campo en derivación. R(campo en derivación) = E/I = 74v/0.3A =246Ω e) Calcule las pérdidas de I 2R (potencia) del devanado de campo en derivación. P (campo en serie) = I 2R = 0.3´2 × 246= 22.14W

8. Conecte el circuito de la Figura 1-2. a) Este es el mismo circuito que se ilustra en la Figura 1-1, excepto que el devanado de campo en serie sustituyó al devanado de campo en paralelo y que el medidor de 5A c-d ha reemplazado a uno de 500mA.

b) Conecte la fuente de alimentación y aumente lentamente el voltaje de c-d hasta que el devanado de campo en serie lleve una corriente de 3A según lo indica el medidor de 5A c-d (este es el valor nominal de corriente del devanado de campo en serie. ¡Advertencia! Se requieren sólo unos cuantos volts, de manera que el control de voltaje se debe girar con mucha lentitud. c) Mida y anote el voltaje a través del devanado de campo en serie. E (campo en serie) = 5.25 V dc d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. e) Calcule la resistencia del devanado de campo en serie. R (campo en serie) = E/I = 5.25 /3 =1.75Ω f) Calcule las pérdidas de I 2R del devanado de campo en serie. P (campo en serie) = I 2R = 3¨2 × 1.75 =15.75W 9. Conecte el circuito que aparece en la Figura 1-3. a) Este es el mismo circuito de la Figura 1-2, excepto que el devanado de la armadura (más las escobillas) han reemplazado al devanado de campo serie.

b) Conecte la fuente de energía y aumente lentamente el voltaje hasta que el devanado de la armadura lleve una corriente de 3A según lo indique el medidor de 5 A c-d (este es el valor nominal de la corriente del devanado de la armadura). c) Mida y anote el voltaje a través del devanado de la armadura (más las escobillas). E (armadura) = 22.44 V dc d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. e) Calcule la resistencia del devanado del inducido (más las escobillas). R(armadura) = E/I =22.44 /3 = 7.48Ω f) Calcule las pérdidas de I 2R del devanado (más las escobillas) P (armadura) = I 2R = 3¨2 x 7.48=67.3W 10. Haga girar el devanado de la armadura aproximadamente 90° hacia la izquierda. a) Ahora, las escobillas están haciendo están haciendo contacto con diferentes segmentos del conmutador. b) Repita el Procedimiento 9. c) E = 22.8 V dc, R = 7.6 Ω, P = 68.4W 11. Haga girar la armadura 15° más hacia la izquierda. a) Repita el Procedimiento 9. b) E = 23.18Vdc, R =7.72 Ω, P =69.48 W PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. ¿Cuál sería la corriente del campo en derivación del motor, si el devanado de campo en derivación se excita mediante 120V c-d?

I=E/RDERIVACION=120 V/ 246 Ω = 0.48A

2. Si se tiene una corriente de 3A c-d que fluye por el devanado de campo serie del motor, ¿Cuál será la caída de voltaje resultante? V=I*R=3 A*1.75 Ω = 5.25 V 3. Si el réostato se conectara en serie con el devanado de campo en derivación y la combinación se conectara a una línea de 120V c-d, ¿qué variaciones, de corriente del campo en derivación se podrían obtener de su motor? Esto dependería de la resistencia del reóstato. I max = 24 A c-d 4. Todos los devanados, e incluso el conmutador del motor, están hechos de cobre. ¿Por qué? Por las características conductivas del cobre además es más barato que otros conductores. 5. ¿Por qué las escobillas del motor están hechas de carbón y no de cobre?

Esto se debe para evitar el calentamiento a causa del rozamiento entre el conmutador y las escobillas. 6. Si el devanado de campo en serie del motor se conectara directamente a la fuente de energía de 120V cd: a. ¿Qué flujo de corriente se tendría? I = V/ resistencia de armadura b. ¿Cuál sería la perdida de potencia (en watts)? 2 P=I *V c. ¿Se pierde toda esta energía solo en forma de calor? Si ya que las bobinas tienen una pequeña resistencia interna que disipa calor. d) ¿Qué cree que le suceda al devanado si la corriente se mantuviera durante algunos minutos? Comenzaría a calentarse los devanados. 7. ¿Qué significa "corriente nominal" y "voltaje nominal"? La intensidad nominal es la corriente que se debe suministrar para que una unidad funcione en su punto de funcionamiento nominal, es decir, para su punto óptimo de rendimiento. La tensión nominal es la diferencia de potencial específica para la que se diseña un equipo o una instalación. 8. Si el devanado de la armadura y el de campo en serie del motor se conectaran en serie a una fuente de 120V c-d ¿Cuál sería la corriente inicial?

I=120/(7.48+1.75)=13.0010A 9. En este motor, ¿es la resistencia de la armadura (más las escobillas) substancialmente la misma para cualquier posición de rotación de la armadura? Explique el porqué de esta condición. No, ya que mediante cambia la posición del devanado de la armadura, varia también su resistencia. Va depender de la ubicación del plano neutro. CONCLUSIONES: Un motor eléctrico de corriente continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico si se ocupa como motor, pero también este se puede usar como generador.

Se midió la resistencia de los devanados de derivación, serie y armadura, obteniendo que la de derivación tiene mayor resistencia de los tres. Se examinó la estructura de un motor / generador DC logrando identificar los 4 polos del estator, los devanados de campo en derivación (conductor delgado), devanados de campo en serie (conductor grueso) y los devanados de la armadura (rotor). - Rotor - Estator - Escobillas y porta escobillas - Colector

- Eje - Núcleo y devanado del rotor

BIBLIOGRAFIA: Referencias bibliográficas:  Fraile, J. (2008). Máquinas eléctricas (6ª ed). Madrid: McGraw-Hill. 

Chapman, S. (2000). Máquinas Eléctricas (3° ed). Madrid: McGraw-Hill

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http://perso.wanadoo.es/luis_ju/ebasica2/mcc_01.html

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http://www.unicrom.com/Tut_MotorCC.asp