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U.N.A.M. Ingeniería Industrial F.E.S. Aragón Laboratorio de Máquinas Eléctricas PRÁCTICA 5 MOTORES Y MÁQUINA DE CD 1

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U.N.A.M.

Ingeniería Industrial

F.E.S. Aragón

Laboratorio de Máquinas Eléctricas

PRÁCTICA 5 MOTORES Y MÁQUINA DE CD 1. OBJETIVOS. a) Estudiar las características del par en función de la velocidad de un motor de CD con devanado en derivación y con el campo en serie. b) Calcular la eficiencia de un motor de CD con devanado en derivación y con el campo en serie. c) Estudiar las propiedades del generador de CD en derivación con excitación independiente, en condiciones de vacío y en plena carga. d) Obtener la curva de saturación del generador. e) Obtener la curva del voltaje de armadura en función de la corriente de armadura del generador.

2. INTRODUCCIÓN. La regulación de velocidad se define como una medida aproximada de la forma de la característica par-velocidad de un motor: una regulación de velocidad positiva significa que la velocidad del motor cae cuando se incrementa la carga, mientras que una regulación de voltaje negativa implica que la velocidad del motor se incrementa cuando disminuye la carga. La velocidad de cualquier motor de CD depende principalmente de su voltaje de armadura y de la intensidad del campo magnético.

El motor de CD en derivación. Característica de las terminales. La característica de las terminales de una máquina es una gráfica de sus cantidades de salida. En un motor, estas características son el par y la velocidad del eje. Al incrementarse la carga en el eje de un motor en derivación el par de carga excederá el par inducido en la máquina y el motor comenzará a perder velocidad. Figura 5.1.-Curva par-velocidad de un motor de CD en derivación.

Cuando el motor pierde velocidad, el voltaje interno generado cae por lo que se incrementa la corriente en el inducido del motor. Conforme aumenta la corriente del inducido, también lo hace el par inducido en el motor, y finalmente el par inducido es igual al par de carga a un abaja velocidad de rotación. La característica par-velocidad de un motor de CD en derivación se muestra en la figura 5.1, para que la velocidad del motor varíe linealmente con el par, el voltaje en las terminales que suministra la fuente de potencia de CD debe ser constante, sino las variaciones del voltaje afectarán la forma de la curva.

Control de velocidad. Los motores de CD en derivación tienen características de control de velocidad excelentes. Los métodos para controlar la velocidad son: 1. Ajustar la resistencia de campo 𝑅𝐹 (y por lo tanto el flujo del campo). 2. Ajustar el voltaje en las terminales aplicado al inducido. 3. Insertar un resistor en serie con el circuito del inducido (y con lo cual ajustar el voltaje en las terminales aplicado al inducido). A continuación se describen cada una de éstas. 

Cambio de la resistencia de campo.

Si se incrementa la resistencia de campo, disminuye la corriente de campo, y conforme disminuye la corriente de campo, también disminuye el flujo. Una disminución del flujo un decremento instantáneo del voltaje interno generado., que a su vez origina un gran incremento de la corriente del inducido de la máquina. El incremento de la corriente predomina sobre la disminución del flujo y el par inducido aumenta; puesto que el par inducido es mayor que el par de carga, el motor se acelera. 

Cambio del voltaje del inducido.

Este método involucra el cambio del voltaje aplicado al inducido del motor sin cambiar el voltaje aplicado al campo. Si se incrementa el voltaje en el inducido, entonces la corriente en el inducido del motor debe aumentar. Conforme dicha corriente aumenta, el par inducido se incrementa, lo que hace que el par inducido sea mayor al par de carga y que aumente la velocidad del motor. 

Inserción de un resistor en serie con el circuito del inducido.

Este método de control de velocidad causa mucho desperdicio, puesto que son muy grandes las pérdidas en el resistor insertado. Por esta razón casi no se utiliza. Se encuentra sólo en aplicaciones en las que el motor pasa casi todo el tiempo operando a plena velocidad o en aplicaciones demasiado baratas que no justifican otro método de control de velocidad.

En el control por resistencia de campo, mientras más baja sea la corriente de campo en un motor de CD en derivación, más rápido girará; y mientras más alta sea la corriente de campo, más lento girará. Puesto que un incremento en la corriente de campo causa una disminución de la velocidad, siempre puede lograr una velocidad mínima con el control de circuito de campo. Esta velocidad mínima se presenta cuando a través del circuito de campo del motor fluye la corriente máxima permisible. En el control de voltaje del inducido, mientras más bajo sea el voltaje del inducido en un motor de CD en derivación, más lento girará; y mientras más alto sea, más rápido girará. Puesto que un incremento del voltaje del inducido provoca un incremento de velocidad, siempre se puede alcanzar una velocidad máxima con el control de voltaje del inducido. Esta velocidad máxima se presenta cuando el voltaje del inducido del motor alcanza su nivel máximo permisible.

El motor de CD en serie. El par de cualquier motor de CD depende del producto de la corriente de armadura y del campo magnético. En el caso del motor con devanado en serie, esta relación implica que el par será muy grande a corrientes de armadura intensas, tales como las que se producen durante el arranque. Por lo tanto, el motor serie es ideal para el arranque con cargas de gran inercia y es especialmente útil como propulsor en los trenes eléctricos, en los motores de arranque de coches, de elevadores, así como en aplicaciones de tracción de servicio pesado como locomotoras.

Característica de las terminales. Una de las desventajas de los motores en serie es que cuando el par del motor llega a cero, su velocidad aumenta al infinito. En la práctica, el par nunca puede llegar a cero por las pérdidas mecánicas, en el núcleo y misceláneas que debe superar. Sin embargo, si no hay ninguna carga conectada al motor, puede girar lo suficientemente rápido para dañarse. Nunca se debe descargar por completo un motor en serie y nunca se debe conectar a una carga por medio de una banda o cualquier otro mecanismo que se pudiera romper. Si esto sucediera y el motor se encontrara de pronto operando sin carga, el resultado podría ser muy grave.

Figura 5.2.-Curva par-velocidad de un motor de CD en serie.

Control de velocidad. A diferencia del motor de CD en derivación, sólo hay una manera eficiente de controlar la velocidad de un motor de CD en serie. Este método consiste en cambiar el voltaje en las terminales del motor. El incremento en dichas terminales provoca una mayor velocidad con cualquier par.

La velocidad de los motores de CD en serie también se puede controlar por medio de la inserción de un resistor en serie en el circuito del motor, pero esta técnica provoca un gran desperdicio de potencia y sólo se utiliza en periodos intermitentes durante el arranque de algunos motores.

Generador de CD Como se puntualizó con anterioridad, no hay diferencias reales entre un generador y un motor excepto en la dirección del flujo de potencia. Puesto que el campo es un electroimán, una corriente debe fluir a través del él para producir un campo magnético. Esta corriente se conoce como corriente de excitación y se puede suministrar al devanado del campo en dos formas: puede prevenir de una fuente externa independiente de CD en cuyo caso el generador se clasifica como generador con excitación independiente, o bien, puede provenir de la propia salida del generador, cuyo caso se denomina generador con autoexcitación. El voltaje inducido en las bobinas (y, por lo tanto, el voltaje de CD en las escobillas) depende exclusivamente de dos cosas: la velocidad de rotación y la intensidad del campo magnético. Si la velocidad se duplica, el voltaje se duplicará también. Si la intensidad del campo se incrementa en un 20%, el voltaje se incrementa también en la misma proporción.

Generador con excitación independiente. Un generador de CD con excitación independiente es aquel cuya corriente de campo la suministra una fuente de CD externa separada; es útil en los casos en que el generador deba responder rápidamente y con precisión a una fuente de control externo, o bien cuando el voltaje de salida deba variar en un rango amplio. Si no se tiene una carga eléctrica conectada al generador, no fluirá corriente y sólo habrá voltaje en la salida. En cambio, si se conecta una resistencia de carga a la salida, la corriente fluye y el generador comienza a proporcionar potencia eléctrica a la carga. Entonces la máquina que impulsa el generador debe proporcionarle una potencia mecánica adicional. Debido a ello, con frecuencia, se observa un incremento en el ruido y la vibración del motor y del generador, junto a una caída en la velocidad. En la figura 5.3 se muestra el circuito equivalente de un generador de este tipo. El voltaje 𝑉𝑇 representa el voltaje real medido en las terminales del generador y la corriente 𝐼𝐿 representa la corriente que fluye en las líneas conectadas a las terminales. El voltaje interno generado es 𝐸𝐴 y la corriente del inducido es 𝐼𝐴 . Está claro que en un generador con excitación independiente la corriente del inducido es igual a la corriente de línea.

Figura 5.3.-Generador con excitación independiente.

Característica de las terminales. Para un generador de CD, las cantidades de salida son el voltaje en las terminales y la corriente de línea; representadas en una gráfica de 𝑉𝑇 respecto a 𝐼𝐿 a una velocidad constante. Puesto que el voltaje interno generado es independiente de 𝐼𝐴 , la característica en las terminales de un generador con excitación independiente es una línea recta, tal como se aprecia en la figura 5.4.

Figura 5.4.- Característica de las terminales de un generador con excitación independiente. Al incrementar la carga en un generador, 𝐼𝐿 (y por lo tanto 𝐼𝐴 ) aumenta. Conforme se eleva la corriente del inducido, se incrementa la caída 𝐼𝐴 𝑅𝐴 , por lo que cae el voltaje en las terminales del generador.

Control del voltaje en las terminales. Se puede controlar el voltaje en las terminales de un generador de CD de excitación separada por medio del cambio del voltaje interno generado 𝐸𝐴 por la máquina. Por lo que si aumenta 𝐸𝐴 , aumenta el voltaje en las terminales 𝑉𝑇 y si disminuye 𝐸𝐴 , disminuirá𝑉𝑇 . Hay dos formas posibles para cambiar 𝐸𝐴 : 1. Cambio de la velocidad de rotación. Si aumenta la velocidad de rotación 𝜔, entonces aumenta 𝐸𝐴 , por lo que también aumenta 𝑉𝑇 . 2. Cambio de la corriente de campo. Si disminuye la resistencia de campo 𝑅𝐹 , aumenta la corriente de campo 𝐼𝐹 . Por lo tanto aumenta el flujo 𝜙 en la máquina. Conforme aumenta el flujo, también debe aumentar 𝐸𝐴 , por lo que aumenta 𝑉𝑇 . En muchas aplicaciones, el intervalo de velocidad del motor primario es muy limitado, por lo que el voltaje en las terminales se controla más a menudo por medio del cambio de la corriente de campo.

3. CUESTIONARIO PREVIO 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Investigue y describa la curva par- velocidad del motor serie. Investigue y describa la curva par-velocidad del motor derivación. Explique por qué el motor serie tiene a desbocarse cuando no tiene carga. Explique los métodos de control de velocidad de los motores de corriente directa. Dibuje el diagrama de un generador con excitación independiente. Explique por qué el generador de CD produce un voltaje aun cuando no se alimenta corriente a su devanado de campo. 7) ¿Cómo se controla el voltaje en un generador de CD?

4. MATERIAL. -

Módulo de fuente de alimentación. (120V CA, 0-120𝑉𝐶𝐷 ) Módulo de medición de CD. (200 V, 5A) Módulo de motor/generador de CD. Módulo de electrodinamómetro. Tacómetro de mano. Cables de conexión. Banda de acoplamiento. Módulo de medición de CA. (2.5/2.5/2.5 A) Módulo motor/generador síncrono. Módulo de resistencia.

EMS 8821 EMS 8412 EMS 8211 EMS 8911 EMS 8920 EMS8941 EMS 8942 EMS 8425 EMS 8241 EMS 8311

5. DESARROLLO. ¡ATENCIÓN! En esta práctica se manejan altos voltajes, no hacer ninguna conexión cuando la fuente esté energizada y siempre des energice la fuente después de cada medición. EXPERIMENTO 1. - Conexión en paralelo. 1) Conecte el siguiente circuito. Fig. 5.1

2) Ajuste la perilla de control del reóstato de campo en derivación en su posición extrema haciéndolo girar en el sentido de las manecillas del reloj (para obtener una máxima excitación del campo en derivación). Verifique que las escobillas estén en la posición neutra. 3) Ajuste la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndolo girar en el sentido contrario al de las manecillas del reloj (para proporcionar una carga mínima en el arranque del motor de CD). 4) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje variable de salida a 120𝑉𝐶𝐷 , guiándose por las lecturas tomadas en el medidor. Observe la dirección de la rotación, si es en sentido anti-horario, apague la fuente de energía, intercambie las conexiones de derivación. 5) A continuación: a. Ajuste el reóstato de campo en derivación a una velocidad en vacío de 1800 rpm, según lo indique el tacómetro de mano. b. Mida la corriente de línea tomando esta lectura en el amperímetro cuando la velocidad del motor sea 1800 rpm. Anote este valor en la tabla 6.1 Nota: Para un par exacto de 0 lbf·plg, desacople el motor del dinamómetro.

6) Después: a. Aplique carga al motor de CD haciendo variar la perilla de control del dinamómetro hasta que la escala marcada en la carcasa del motor indique 3 lbf·plg. (Si es necesario, reajuste la fuente de energía para mantener 120 𝑉𝐶𝐷 ). b. Mida la corriente de línea y la velocidad del motor, anote estos valores en la tabla. c. Repita la operación para cada uno de los valores de par indicados en la tabla 6.1. a.

E (Volts)

Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.

A (Amp)

VELOCIDAD (rpm)

PAR (lbf·plg)

120

0

120

3

120

6

120

9

Tabla 5.1 Corriente de línea y velocidad.

7) Seguidamente: a. Marque los valores de velocidad del motor tomados en la tabla 5.1, en la gráfica 5.1 b. Trace una curva continua por los puntos marcados. c. La gráfica terminada representa las características de velocidad en función del par, de un motor típico de CD en derivación.

(RPM)

VELO CIDA D

2000 1600 1200 800 400 3

6

9

PAR (lbf·plg) Gráfica 5.1 Velocidad en función del par del motor de CD en derivación. 8) Calcule la regulación de velocidad (plena carga = 9 lbf·plg), utilizando la ecuación: % 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 =

(𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑣𝑎𝑐í𝑜) − (𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎 𝑝𝑙𝑒𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎) 𝑥 100 (𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎 𝑝𝑙𝑒𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

% 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = ____________________% 9) Ajuste la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj (a fin de proporcionar la máxima carga de arranque al motor con devanado en derivación).

10) Ahora: a. Conecte la fuente de energía y aumente gradualmente el voltaje en CD hasta que el motor tome 3A de corriente de línea. El motor debe girar con lentitud o estar parado. b. Mida y anote el voltaje en CD y el par desarrollado. 𝐸 = _________ 𝑉

𝑃𝑎𝑟 = _________ 𝑙𝑏𝑓 · 𝑝𝑙𝑔

c. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. 11) Posteriormente:

a. La corriente de línea en el punto 10 queda limitada sólo por la resistencia a CD equivalente del motor con devanado en derivación. b. Calcule el valor de la corriente de arranque que requiere un motor de CD con devanado en derivación, cuando se le aplica todo el voltaje de la línea. (120 𝑉𝐶𝐷 ). 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = ___________ _𝐴

EXPERIMENTO 2. - Conexión en serie. 1) Conecte el siguiente circuito. Fig. 5.2

2) Ajuste la perilla de control del dinamómetro a su posición media (para proporcionar una carga de arranque para el motor de CD). 3)

A continuación. a. Conecte la fuente de energía y aumente gradualmente el voltaje de CD hasta que el motor comience a girar. Observe la dirección de rotación. Si no es en sentido horario, desconecte el motor e intercambie las conexiones del campo serie. b. Ajuste el voltaje variable a 120 𝑉𝐶𝐷 .

4) Posteriormente. a. Ajuste la carga del motor serie de CD haciendo girar la perilla del dinamómetro hasta que la escala marcada en la carcasa del estator indique 9 lbf·plg. b. Mida la corriente de línea y la velocidad del motor. Anote estos valores en la tabla 6.2. c. Repita esta operación para cada valor de par marcado en la tabla 6.2. Mantenga la entrada constante de 120 𝑉𝐶𝐷 . d. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.

E (Volts) 120 120 120 120

A (Amp)

VELOCIDAD (rpm)

PAR (lbf·plg) 9 6 3 0

Nota: Para un par exacto de 0 lbf·plg, desacople el motor del dinamómetro.

Tabla 5.2 Corriente de línea y velocidad.

VELOCIDAD (RPM)

5) Seguidamente. a. En la gráfica 5.2, marque los valores obtenidos en la tabla 5.2. b. Trace una curva continua por los puntos marcados. c. La gráfica representa las características de velocidad en función del par, de un motor típico de CD en serie.

5000 4000 3000 2000 1000

3

6

9

PAR (lbf·plg) Gráfica 5.2 Velocidad en función del par del motor de CD en serie. 6) Calcule la regulación de velocidad (plena carga = 9 lbf·plg), utilizando la ecuación: % 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 =

(𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑣𝑎𝑐í𝑜) − (𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎 𝑝𝑙𝑒𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎) 𝑥 100 (𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎 𝑝𝑙𝑒𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = ____________________% 7) Ajuste la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj (para proporcionar la máxima carga de arranque para el motor serie).

8) Ahora. a. Conecte la fuente de energía y aumente gradualmente el voltaje en CD hasta que el motor tome 3A de corriente de línea. El motor debe girar con lentitud. b. Mida y anote el voltaje en CD y el par desarrollado. 𝐸 = _________ 𝑉 𝑃𝑎𝑟 = _________ 𝑙𝑏𝑓 · 𝑝𝑙𝑔 c. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.

9) Posteriormente. a. La corriente de línea en el punto 8 está limitada por la resistencia equivalente a la CD equivalente del motor serie. b. Calcule el valor de la corriente de arranque si se aplicara todo el voltaje de la línea (120 𝑉𝐶𝐷 ) al motor serie. 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = ___________ _𝐴

GENERADOR DE CD EXPERIMENTO 3. – Características en vacío. 1) Puesto que se requiere una velocidad constante de funcionamiento, se usará el motor síncrono para impulsar mecánicamente el generador de CD. Conecte el siguiente circuito.

2) Ajuste la perilla de control del reóstato a la posición apropiada para una excitación normal. 3) Posteriormente: Conecte el circuito que aparece a continuación.

a. Acople el motor síncrono y el generador de CD por medio de la banda de acoplamiento. Cerciórese de que las escobillas están en la posición neutra. b. Pídale al instructor que revise su circuito. ADVERTENCIA. El interruptor en el circuito de excitación del motor síncrono debe estar cerrado (posición arriba) sólo cuando el motor está girando.

4) Para continuar: a. Conecte la fuente de alimentación. El motor síncrono debe comenzar a funcionar. b. Si el motor síncrono tiene el interruptor S, ciérrelo al llegar a este paso. c. Haga variar la corriente de campo en derivación 𝐼𝐹 , haciendo girar la perilla de control de voltaje de la fuente de alimentación. Observe el efecto en la salida del generador (voltaje de armadura 𝐸𝐴 según lo indica el medidor de 200𝑉𝐶𝐷 ). d. Mida y anote en la tabla 5.3 el voltaje de armadura 𝐸𝐴 para cada una de las corrientes de campo que aparecen en ella. 𝑰𝑭 (mA)

𝑬𝑨 (Volts)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tabla 5.3 e. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. f. ¿Puede explicar por qué se tiene un voltaje de armadura a pesar de que la corriente de campo sea cero?

___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

5) Enseguida. a. Invierta la polaridad del campo en derivación intercambiando los cables a las terminales 5 y 6 del generador de CD. b. Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo 𝐼𝐹 a 300 𝑚𝐴𝐶𝐷 c. ¿Se invirtió el voltaje de armadura? ____________________________________ d. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.

6) A continuación. a. Intercambie los cables del medidor de 200 𝑉𝐶𝐷 . b. Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo 𝐼𝐹 a 300 𝑚𝐴𝐶𝐷 . c. Mida y anote el voltaje de armadura. 𝐸𝐴 = ______________𝑉𝐶𝐷 d. ¿Tienen aproximadamente el mismo valor el voltaje y el que se obtuvo en el paso 4 (a una 𝐼𝐹 de300 𝑚𝐴𝐶𝐷 ), excepto que sus polaridades son inversas? ____________ e. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. 7) Seguidamente. a. Invierta la rotación del motor propulsor intercambiando dos de las conexiones del estator (terminales 1, 2 o 3) que van al motor síncrono. b. Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo 𝐼𝐹 a 300 𝑚𝐴𝐶𝐷 . c. ¿Se invirtió la polaridad del voltaje de armadura?___________________________ d. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. 8) Después. a. Intercambie los cables del medidor de 200 𝑉𝐶𝐷 . b. Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo 𝐼𝐹 a 300 𝑚𝐴𝐶𝐷 . c. Mida y anote el voltaje de armadura. 𝐸𝐴 = ______________𝑉𝐶𝐷 d. ¿Tienen aproximadamente el mismo valor el voltaje de armadura y el del paso 4 (a una 𝐼𝐹 a 300 𝑚𝐴𝐶𝐷 ) excepto que sus polaridades son inversas? _______________ e. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.

EXPERIMENTO 4. – Características de carga.

1) Conecte el siguiente circuito. Coloque los interruptores del módulo de resistencia de tal modo que la resistencia total de carga sea 120 Ω.

2) A continuación. a. Conecte la fuente de alimentación. El motor síncrono debe comenzar a girar. b. Ajuste la corriente de campo en derivación 𝐼𝐹 , hasta que el generador proporcione un voltaje de salida de120 𝑉𝐶𝐷 . El amperímetro 𝐼𝐴 debe indicar 1 𝐴𝐶𝐷 . c. Anote la corriente del campo en derivación. 𝐼𝐹 = _______________𝑚𝐴 Esta es la 𝐼𝐹 nominal a la potencia nominal de salida (120 V x 1 A = 120 W)del generador de CD. 3) Enseguida. a. Ajuste la resistencia de carga tantas veces cuantas se requieran para obtener cada uno de los valores que aparecen en la tabla 7.2, en tanto que mantenga el valor nominal 𝐼𝐹 que encontró en el paso 2. b. Mida y anote 𝐸𝐴 e𝐼𝐴 para cada uno de los valores de resistencia indicados en la tabla. NOTA.Aunque el valor nominal de la corriente de salida del generador es 1 𝐴𝐶𝐷 puede cargarse hasta 1.5 𝐴𝐶𝐷 (50% de sobrecarga) sin dañarlo.

4) Después. a. Con la resistencia de carga ajustada a una corriente de salida 𝐼𝐴 de 1.5 𝐴, conecte y desconecte la corriente de campo 𝐼𝐹 , mediante el cable de conexión de la terminal 6 del generado de CD. b. ¿Nota que el motor propulsor funciona con mayor dificultad cuando el generador entrega potencia a la carga?___________________________________________ c. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.

RL (Ω) ∞

IA (A)

EA (V)

Potencia (Watts)

5) Calcule y anote potencia para uno de los indicados en la 5.4

la cada valores tabla

600 300 200 150 120 100 80 75

Tabla 5.4

6) Para continuar. a. Conecte en cortocircuito total la armadura (terminales 1 y 2). b. Verifique la posición de la perilla del control de voltaje en la fuente de alimentación; debe ser tal que se obtenga una corriente de campo igual a cero. c. Conecte la fuente de alimentación. d. Incremente gradualmente la corriente de campo 𝐼𝐹 hasta que el motor pare. ADVERTENCIA. No deje el motor en esta condición durante más de dos segundos.

e. ¿Cuál es el valor de la corriente de campo en derivación 𝐼𝐹 que se requiere para parar el motor? 𝐼𝐹 = _______________𝑚𝐴 NOTA. Con un cortocircuito en la armadura, la corriente en éste aumenta mucho, lo cual produce un efecto de frenado tan fuerte que se parará el motor.

6. PREGUNTAS DE EVALUACIÓN. 1) Calcule los siguiente valores del motor de CD con devanado en derivación cuando el par es 9 lbf·plg. -

Hp que desarrolla el motor, utilizando la siguiente ecuación.

ℎ𝑝 =

ℎ𝑝 =

(𝑟𝑝𝑚)(𝑙𝑏𝑓·𝑝𝑙𝑔)(1.59)

(𝑟𝑙𝑔000000)(1.59) = 000000000 100 000

Potencia de 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 = _____________________ 𝑊

100 000

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 = _____________________ 𝑊 % 𝑑𝑒 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = ______________________ % 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = (𝑝𝑜𝑡. 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎) − (𝑝𝑜𝑡. 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎)= 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = ______________________𝑊

2) Indique algunas de las partes del motor en las que se producen estas pérdidas. ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

3) ¿Disminuirían estas pérdidas si se montara un ventilador en el eje del motor? ¿Por qué? ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

4)

Dé dos razones por las que las pérdidas son indeseables.

________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

5) ¿Cuántas veces es mayor la corriente de arranque que la corriente normal de plena carga? ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

6) Calcule los hp que desarrolla el motor serie cuando el par es 9 lbf·plg. ℎ𝑝 =

(𝑟𝑝𝑚)(𝑙𝑏𝑓)(1.59) 100 000

= 000000000

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 = _____________________ 𝑊 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 = _____________________ 𝑊 % de 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = _____________________ % 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = ______________________𝑊

7) ¿Cuántas veces es mayor la corriente de arranque que la corriente normal a plena carga? ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________

8) Compare el motor de CD con devanado en derivación y el de CD con devanado en serie, de acuerdo con: a. b. c. d.

El par de arranque. La corriente de arranque. La eficiencia. La regulación de velocidad.

________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

9) Indique dos formas en que se puede cambiar la polaridad de salida de un generador de CD en derivación. ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________

10) Si un generador de CD suministra 180 W a una carga ¿Cuál es el valor mínimo de los hp necesarios para impulsar este generador (suponiendo una eficiencia del 100%)? ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________

11) En la siguiente gráfica dibuje la curva de 𝐸𝐴 en función de 𝐼𝐹 del generador de CD en derivación. Utilice los datos de la tabla 5.3. Observe que la característica “se dobla” al aumentar la corriente de campo. ¿Puede explicar por qué sucede ésto?

Gráfica 5.3

12) A continuación trace la gráfica de la característica de carga 𝐸𝐴 en función de 𝐼𝐴 . Use los datos obtenidos en la tabla 5.4

Gráfica 5.4

13) Calcule la regulación de voltaje de la condición de vacío a la de carga plena (10 𝐴𝐶𝐷 ). ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________

7) CONCLUSIONES. _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________

8) BIBLIOGRAFÍA. EXPERIMENTOS CON EQUIPO ELÉCTRICO. WILDI Y DEVITO. LIMUSA. MÁQUINAS ELÉCTRICAS. STEPHEN J. CHAPMAN.