LABORATORIO DE MAQUINAS MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI
ALUMNO: RUDAS
RAMIREZ CARLOS ALBERTO
1 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
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HUBER MURILLO M
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI I.- INTRODUCCION Los motores de corriente continua, MCC, son muy importantes debido a que pueden proporcionarnos un alto torque y pueden trabajar a velocidad variable. En su aplicación industrial a sido irremplazable en algunos modelos y modernizados en otros dado la particularidad de sus características de funcionamiento. Los MCC mas importantes son los siguientes: • Autoexcitados (tipo shunt, serie y excitación compuesta). • Excitación independiente.
II.- OBJETIVOS DEL LABORATORIO Los objetivos del presente trabajo son: • • • • • • • • •
Hacer conocer la constitución electromecánica de los MCC. Familiarizarse con la simbología y conexionado de los MCC de nuestro laboratorio en los ensayos según las normas IEC y NEMA. Conexión y puesta en servicio del MCC. Inversión de giro. Determinar sus pérdidas, eficiencia en función de la corriente de campo. A partir de los ensayos realizados obtener el modelo de la máquina. Registro de los valores característicos y curvas características de funcionamien to específicas de los MCC. Evaluación de las mediciones realizadas y registradas. Presentación del protocolo de pruebas según normas IEC, NEMA y IEEE.
III.- PRECAUCIONES Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos son muy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente: 1. El alumno verificará el dimensionamiento de la instrumentación a utilizarse, así mismo constatará que sus esquemas estén bien planteados. 2. Para evitar el deterioro y/o avería de los instrumentos y equipos, el alumno no debe accionarlos por ningún motivo, sin la aprobación previa del profesor. 3. La escala de todos los instrumentos debe ser la máxima. 4. Al operar las cargas, comenzar con una carga mínima y aumentarlo en forma gradual hasta llegar al máximo permisible.
IV.- EQUIPOS Y MAQUINAS ELECTRICAS A UTILIZAR 2 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI BANCO ACTIVO DE PRUEBAS
GENERADOR CORRIENTE CONTINUA
N° de pedido SO3636 – 6U Tensión Nominal 230 Voltios Corriente Nominal 3 Amperios. Corriente Arranque 9 Amperios Torque Máximo 10 N – m Potencia Aparente 800 VA Régimen de servicio S1 RPM max. 4000 Grado de protección IP20 AMPLIFICADOR INTERGRADO Tensión de pico 600 Voltios Tensión RMS 400 Voltios Corriente pico 10 Amperios Corriente RMS 7 Amperios
N° 200 26 984 Tensión armadura 220 Voltios Corriente armadura 1 Amperio Conexión Independiente Conexión Shunt. Conexión Compuesta Tensión 220 Voltios Corriente de campo 100 mA. Régimen de servicio S1 RPM 2000 Grado de protección IP54 Norma VDE 0530 Termostato 120° C GCC/MCC LUCAS NULLE
ITE M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DESCRIPCION GENERAL DE LAS MAQUINAS Y EQUIPOS
CANT.
Manguito de acoplamiento Cubierta de acoplamiento Carga universal para máquinas de 300 vatios Arrancador para máquina de corriente continua de 300 vatios Regulador de campo para máquina de corriente continua Fuente de alimentación de corriente continua Multímetro digital FLUKE Conectores de seguridad Juego de cables de 4 mm² Multímetro analógico/digital – medidor de potencias y F.P.
01 01 01 01 01 01 01 04 25 02
El presente laboratorio debe facilitar los conocimientos orientados a la práctica de los motores de corriente continua. El contenido se centra en el análisis experimental de las máquinas auto excitadas y con excitación independiente. Al concluir el presente laboratorio Ud habrá aprendido el modo de funcionamiento, operación y respuesta de las características de operación en estado permanente y transitorio. Así mismo se demostrará las prácticas del control de tensión, inversión de giro y curvas características de los MCC.
V.- ENSAYOS NORMALIZADOS (IEC 34 - 2)
1.- CONEXIÓN DEL GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA 3 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI SENTIDO DE ROTACION En los arrollamientos de excitación la corriente fluye del número característico 1 hacia el 2. En el esquema F1 esta conectado al ( + ) y F2 esta conectado al ( - ). El sentido de rotación es directa ( horaria ) donde siempre A1 será positivo ( + ).
A1
F1
F2
+
+
-
A2 -
If
Ia Wm
M
_
OPERACION COMO MOTOR IEC
La corriente del circuito de armadura fluye de A1 ( + ) hacia A2 ( - ). DESCRIPCION DEL CIRCUITO
BORNES
ARROLLAMIENTO DE ARMADURA
A1 ( + ) A2 ( - ) B1 ( + ) B2 ( - ) D1 ( + ) D2 ( - ) E1 ( + ) E2 ( - ) F1 ( + ) F2 ( - )
ARROLLAMIENTO DE CONMUTACION ARROLLAMIENTO DE COMPENSACION ARROLLAMIENTO EXCITACION DERIVACION ARROLLAMIENTO EXCITACION INDEPENCIENTE
INICIO FIN INICIO FIN INICIO FIN INICIO FIN INICIO FIN
INVERSION DE LA ROTACION
1.- Para lograr la inversión el sentido de rotacion se deberá invertir F1 y F2 ó A1 y A2 nunca los dos a la vez. 2.- Tener mucho cuidado cuando se realiza el cambio de polaridad en la armadura, pues si utilizamos el bobinado de conmutación revisar que tenga la polaridad correcta.
4
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Motor DC excitación shunt independiente
Motor DC excitación
Motor DC excitación serie compuesta
2.-
Motor DC excitación
MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1) VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS
Esta medición se realiza aplicando los siguientes métodos: Voltio – amperimétrico en CC y CA. • Ohmímetro de precisión. • Puente de medición para resistencias pequeñas. •
2.1.- Medición de la Rf y Lf del circuito de campo. Ver GCC 2.2.- Medición de la RD y LD del circuito de compensación. Ver GCC 2.3.- Medición de la Ra y La del circuito de armadura. Ver GCC 5 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI 3.-
MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO N0RMALIZADO
4.-
MEDIDA DE INDUCTANCIA ROTACIONAL( Gaf)
(IEEE 112/1978 – item 4.1) e (IEEE – 43 / 1991) VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS Ver GCC VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS
Ver GCC
5.- PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6) Unicamente para controlar las pérdidas rotacionales.
6.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 ) Para la prueba con carga se tendrá que conectar el freno dinámico LN como FRENO y seleccionado en control de TORQUE. Seguir las indicaciones del profesor. P útil = T (N-m) x RPM (pi/30) 6 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI EF = P útil / P ingreso 7.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 ) Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs Tiempo. El tiempo mínimo es 04 horas cuando la temperatura comienza a disminuir en 02 grados centígrados durante las dos horas siguientes.
8.- CLASIFICACION DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Motor con excitación shunt.- Se conecta el circuito del inductor en paralelo con el circuito del inducido (comparten la misma fuente externa). Ambos circuitos están calculados para trabajar con una fuente común.
IL = Ia + If
; V = Ea + ( Ra . Ia )
Ea = Gaf . If . Wm ,
Te = Gaf . If . Ia ,
V = Vf = ( Radj + Rf ) . If Farmadura
V = Ea + Fneta
∆
=
V Fcampo -
Esta máquina ha recibido este nombre debido a que su devanado inductor está conectado en derivación a su inducido. Dicho devanado está conformado de muchas espiras y de un conductor delgado debidamente aislado.
Motor con excitación independiente.- Con la finalidad de obtener una intensidad de campo magnético constante e independiente a los cambios bruscos que se presentan en la carga y para mejorar el par y mantener la velocidad mucho mas estable que los tipos anteriores, alimentaremos al circuito de campo por medio de una fuente DC externa e independiente (evitando que las variaciones existentes en el circuito de armadura interfieran en el circuito de campo). El circucito de la armadura tendrá su propia fuente de modo que las variaciones existentes ( debido a la carga ), no afecten al circuito inductor. Por tanto las corrientes Ia e If son independientes. A continuación podemos detallar las siguientes ecuaciones:
V = Ea + Ra . Ia 7 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI Ea = Gaf . If .Wm , Te = Gaf . If . Ia , V = Ea + Fneta Vf
=
∆
V
= Fcampo - Farmadura ( Radj + Rf ) . If
El circuito de campo tiene las mismas características de construcción que el GCC tipo shunt y difiere en la utilización de una fuente completamente independiente.
Motor con excitación compuesta.- El funcionamiento más estable de los motores hacen que la máquina sea de muy buena calidad. Para lograrlo los fabricantes de máquinas de CC han combinado las características de un motor serie y shunt. Se crean entonces las máquinas compuestas que reúnen mejores características que las máquinas estudiadas anteriormente.
Fneta = Fcampo + Fcompen. - Farmadura Fneta = Nf . If + Nd . Id - Na . Ia Según la ubicación de la conexión del circuito inductor, esta máquina puede denominarse de: Paso corto y largo.
9.- APLICACIONES INDUSTRIALES Actualmente se construyen motores de corriente continua para atender cargas especiales que tienen torque elevado tales como: – Molinos. – Centrífugas – Llenadotas de bebidas. – Chancadoras Cargas que necesiten un torque muy elevado –
10.- CUESTIONARIO 1.Enumere y defina las características de funcionamiento nominales del MCC 8 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI Tome los datos de placa del motor primo y del MC.C. Utilizados en sus ensayos. CONCEPTOS BÁSICOS Velocidad, Torque y Potencia (HP) Las características velocidad torque dan al motor D-C una versátil aplicación. El torque de régimen de un motor D.C es dado a una velocidad específica llamada Velocidad Base. La velocidad base se define como las RPM de un motor D.C cuando opera a: 1.- Corriente de campo de régimen 2.- Voltaje de armadura de régimen 3.- Carga de régimen (Corriente de Armadura) La velocidad base (RPM) se muestra en la placa del motor. Típicas velocidades base para motores D.C son: 850, 1150, 1750 y 2500 RPM. A velocidad base, un motor D.C entrega la velocidad, torque y HP de régimen (nominales).
DATOS DE PLACA
2.- De los ensayos de vacio graficar tomar datos de las pérdidas rotacionales. Haga una demostración teórica de sus resultados.
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Se demuestra q mayores pérdidas rotacionales se producen a mayores RPM.
3.-
Ia
Del ensayo con carga graficar las siguientes curvas. V vs Ia, Pot vs Wm., EF vs Wm, EF vs Pot. , Pot. vs Ia, Ra Ia² vs
Datos Del Laboratório
Compuesto – Industrial DATOS: Con Carga
CAMPO Vf ( v ) 189 9.45 P(W) 0.05 If ( A ) Rf ( 3780 ) Ra ( )
17
# 0 1 2 3
ARMADURA Ea P ( v) (W) 203.4 207.7 211.3 183.4 218.3 161.2 224.4 139.3
TORQUE n T ( rpm ) ( Nm ) 1770 0.94 1870 0.84 1970 0.74 2040 0.64
Ia (A) 1.01 0.87 0.73 0.62
4 5
229.8 236.9
119.1 88.3
0.51 0.37
2110 2220
0.54 0.43
6
241.5
69.7
0.29
2280
0.35 10
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Formulas usadas V=Ea+Ia*Ra Ea=Gaf*If*n Pot.util=T*n*π/30 η=Pot.util[Pot.ingreso]
Te=Gaf*If*If
Pot.util 174,23 164,49 152,66 136,72 119,31 99,96 82,83
Eficienc ia 0,85 0,90 0,95 0,98 1,00 1,13 1,04
Gaf
V
∆V
Te
21,95 21,58 21,16 21,01 20,80 20,38 20,41
220,57 226,09 230,71 234,94 238,47 243,19 246,43
17,17 14,79 12,41 10,54 8,67 6,29 4,93
1,11 0,94 0,77 0,65 0,53 0,38 0,30
Pa=Ia^2 *Ra 3189,55 2366,60 1666,22 1201,90 813,25 428,05 262,96
------1
------2
------3
-----4
4.- Que sucede en el MCC cuando se invierte la polaridad de la fuente de: solo el campo con armadura constante y solo armadura manteniendo fijo el campo. 11 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI Demuestre analíticamente los cambios encontrados. Cuando se invierte la polaridad de la fuente en un motor de corriente continua se logra invertir la rotación del motor, lo mismo ocurre cuando solo invertimos la armadura manteniendo fijo el campo a)-.Cambiando la polaridad de la excitación. Cambia el sentido de rotación del M.C.C, b).-Cambiando la polaridad del inducido
5.Como verificaría si el sistema de escobillas está calibrado correctamente haqa un esquema. En caso de no estar bien calibrado, este efecto, como afectaría en el trabajo normal del MCC? Explique detalladamente su respuesta.
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Las escobillas son piezas conductoras destinadas asegurar el campo deslizante. Los alojamientos deben permitir el movimiento rotatorio, una falla se observa cuando se producen chipotazos y ciertas vibraciones. La holgura debe de tener unos 2mm aproximadamente, con ello se puede evitar la quiebra en las escobas o daños en los conmutadores.
6.- Recomendaciones y conclusiones. •
Es muy importante, que el alumno no se equivoque al conectar el motor , en especial, en los bornes de alimentación, razón por la cual, antes de 13 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
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LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI suministrarle alimentación deberá ser revisado inexcusablemente por el profesor •
Las Bobinas tanto de excitación como de armadura poseen una resistencia que puede ser medida en el laboratorio, además estas dos resistencias cumplen siempre con la condicion de que la de Excitación es mayor que la de armadura.
•
La corriente nunca debe pasar los limites indicados o de fabricación, es decir en nuestro caso la corriente de excitación nunca debía ser mayor a 0.4 amperios y la de armadura nunca mayor a 3,4 amperios. Para evitar que en algún momento se incumpla esta condición se debe siempre apagar primero la fuente de armadura y se debe siempre encender primero la fuente de excitación. Esto se debe a que teóricamente el flujo y l a corriente de armadura son inversamente proporcionales, si apagamos primero la fuente de excitación estamos haciendo el flujo 0 y por tanto la corriente de armadura tendería a infinito quemando la maquina.
•
Comprobamos la relacion teorica entre La corrinte de armadura y el par de carga ya que cuando aplicamos carga al rotor la corriente tambien aumento indicando una proporcionalidad directa entre los dos valores, aquí hay que tener claro que como no variamos el voltaje de alimentación en la bobina de excitación el flujo fue constante
BIBLIOGRAFIA
Stephen J. Chapman, Máquinas Eléctricas (2° edición),
McGraw-Hill,1993.
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Fitzgerald, Máquinas Eléctricas (2° edición), •
McGraw-Hill, 1992.
Agustín Gutiérrez, Teoría y análisis de Maquinas Eléctricas
UNI-FIEE-1996
Notas de Clase y Laboratorio
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