UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2 GUIA DE LABORATORIO N° 4
APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE VELOCIDAD AL MOTOR DE CORRIENTE CONTÍNUA I. OBJETIVOS Aplicar la tecnología estudiada para elaborar los esquemas de instalación de máquinas de corriente continua y realizar el montaje respectivo utilizando contactares cuyas bobinas de accionamiento se alimentan con tensión alterna.
II. MARCO TEÓRICO Control de los Motores DC Estos variadores permiten controlar la velocidad de motores de corriente continua serie, derivación, compuesto y de imanes permanentes. Para el caso de cualquiera de las máquinas anteriores se cumple la siguiente expresión:
Dónde: : es el Voltaje terminal (V). : es la constante de la máquina. : Flujo magnético producido por el campo : Velocidad mecánica (rpm). Despejando la velocidad mecánica, se obtiene:
Entonces, puede observarse que la velocidad mecánica de un motor de CC es directamente proporcional al voltaje terminal (VT) e inversamente proporcional al flujo magnético (FM), el cual a su vez depende de la corriente de campo (IF). Aprovechando esta situación es que este tipo de variadores puede controlar la velocidad de un motor de CC: controlando su voltaje terminal, o bien, manipulando el valor de la corriente de campo.
Control Automático de los Motores Este diagrama representa parte de un circ uito elemental de control. Cuando se aprieta el botón de “arranque”, cerrando los contactos 2-3, y a través de la bobina del relevador para abastecer la línea L2. La corriente en la bobina M del relevador hace contacto en M haciendo que se mantenga cerrada, de manera que cuando se suelta el botón de arranque, abriendo los contactos 2-3, queda todavía un circuito a través del botón 1-2, a través de los contactos M, y a través de la bobina M, a L2. La presión momentánea en el botón de “arranque” excita la bobina del relevador, y los contactos de cierre M conservan excitada la bobina. En los circuitos de control, la bobina M también cierra los otros contactores, así como el contacto de cierre.
Cuando se aprieta momentánea mente el botón de “parar”, el circuito se corta, la bobina M pierde su atracción magnética, los contactos M se abren, y al soltar el botón de “ parar”, cerrando 1-2, no se restablece el circuito. El contacto M y el botón de arranque están abiertos, de manera que no pueden excitarse la bobina M hasta que se cierra otra vez, con el botón de “arranque”, el circuito 2-3.
Control de armadura con Tiristor En este caso el SCR (Sillicone Controlled Rectifier) puede hacer la mayor parte de las funciones de un reóstato, en el control de la corriente promedio de una carga sin las limitaciones de gran potencia. Estos son pequeños, poco costosos y eficientes en energía. Es natural acoplar el motor para control de armadura para la velocidad del motor. Según la figura el SCR proporciona entonces rectificación de media onda y control al devanado de armadura. Si se da un temprano disparo del SCR, el voltaje y la corriente promedio de la
armadura aumentan y el motor puede trabajar con más rapidez. Al disparar el SCR más tarde, se reducen el voltaje y la corriente promedio y el motor trabaja más lento.
Sistema de Control de Media Onda Monofásico para la Velocidad de un Motor CD. El funcionamiento de este control se describe a continuación: la corriente alterna que llega se rectifica en un puente de onda completa, cuyo voltaje pulsante de DC se aplica al devanado de campo y al circuito de control de armadura. Se carga el capacitor con la corriente que fluye por el devanado de la armadura, de baja resistencia, a través del diodo D2 y el potenciómetro para el ajuste de velocidad luego sigue a la placa superior del capacitor. El capacitor se carga hasta llegar al voltaje de transición conductiva del SUS [Interruptor unilateral de silicio]. En ese instante el SUS permite que se descargue parte del capacitor en la compuerta del SCR, disparándolo. El ángulo de disparo se determina por la resistencia del potenciómetro de ajuste de velocidad, que determina la rapidez de carga de C. El diodo D3 suprime toda polarización inversa producto del devanado inductivo de la armadura al terminar medio ciclo. Cuando el SCR abre al final de un hemiciclo, la corriente continúa circulando en el lazo D3 y armadura. El objeto de la combinación R1-D1 es proporcionar una trayectoria de descarga para el capacitor C. Recuerde que el SUS no vuelve totalmente a los 0 V, cuando se dispara. El capacitor no puede descargar toda su carga a lo largo del circuito cátodo-compuerta del rectificador del silicio. Queda algo de carga en la placa superior de C. A medida que los pulsos del suministro de DC se acercan a 0, la carga en C se descarga a través de R1 y D1. Así el capacitor pierde toda carga residual para comenzar la siguiente pulsación del puente de diodos.
III. ELEMENTOS A UTILIZAR
Multímetro.
Tacómetro.
Amperímetro
Resistencias variables de diferentes valores
Motor de Corriente Continua.
IV. PARTE EXPERIMENTAL Datos de placa del motor DC DATOS DE PLACA Vn
50 V
In
1A
RPM
3000
Datos registrados DATOS REGISTRADOS
V alimentación
50 V
Ra
26.1 Ω
Rf
153.4 Ω
Iarranque
0.82 A
Ivacio
0.5 A
Primer método, variando una resistencia en la entrada del motor. Vn (V)
V2 (V)
N (RPM)
54.00
53.90
3412.70
51.90
38.20
2940.90
48.10
15.40
2080.00
47.80
5.40
548.40
V2 vs Nn 4000.00 3500.00 3000.00 ) 2500.00 M P R2000.00 ( n N1500.00
1000.00 500.00 0.00 0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
V2 (V)
Segundo método, variando una resistencia en la armadura del motor. Vn (V)
Ia (A)
N (RPM)
54.60
0.09
3478.40
48.80
0.08
2838.10
47.80
0.07
2228.20
46.70
0.05
1708.20
N vs Ia 4000 3500 3000
) M P 2500 R ( N
2000 1500 1000 0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Ia (A)
Tercer método, variando una resistencia en el campo del motor. Vn (v)
Iex (mA)
N (RPM)
20.00
126.00
2575.90
20.50
106.00
2917.50
20.10
84.00
3427.90
19.00
52.00
4145.80
Nn vs Iex 4500.00 4000.00 ) 3500.00 M P R ( N3000.00
2500.00 2000.00 20.00
40.00
60.00
80.00
Iex (mA)
100.00
120.00
140.00
V. CUESTIONARIO 1. Mida los valores de la corriente de arranque y la corriente de operación en vacío de la máquina y explique el porqué de las diferencias. = 0.82 A = 0.5 A
La corriente de arranque es mayor, ya que tiene que vencer la inercia de masas de las partes móviles del motor, lo cual genera al inicio un pico de corriente. Una vez que el motor estabilizo su velocidad, la corriente que consumirá la máquina, será la corriente de vacío (cuando trabaja sin carga). La corriente de arranque es alto debido a que no posee velocidad angular y está empezando desde un estado estacionario, se puede mostrar mejor en la siguiente formula:
2. Siguiendo las normas del Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama completo de instalación del motor ensayado, para los diferentes métodos de control de velocidad.
Primer circuito
Segundo circuito
Tercer circuito
3. Explique ¿Cómo se regula la corriente de línea que toma el motor cuando se varía la carga aplicada al eje? Esta regulación ocurre de la siguiente manera: La corriente de línea que toma el motor se logra regular poniendo una resistencia en paralelo variable para poder lograrlo y variar a la cantidad requerida es la forma la cual podría hacerse o mediante un puente de resistencias. Se regula poniendo un reóstato (resistencia variable) EN SERIE al motor (paralelo entre la bobina y la armadura), con lo cual conseguimos un crecimiento proporcional y lineal entre el voltaje transferido ( Vt) y el número de revoluciones (N en RPM)
4. De los métodos de control de velocidad ensayados en el laboratorio, ¿Cuál es el más óptimo?, explique por qué. El más óptimo y el más usado es actuando en el circuito de campo, ya que con haciendo uso de una resistencia se puede lograr pequeñas corrientes que generan mayores o menores velocidades, en la gráfica se puede apreciar un crecimiento exponencial de la velocidad. Este método es el más usado en la industria, su única desventaja es que si no se controla adecuadamente la intensidad de campo la maquina puede embalarse.
5. ¿Qué ventaja o desventaja ofrece el control de velocidad con la tensión de la armadura? Explique la razón que justifica. Ventajas:
Se puede controlar con facilidad el número de revoluciones manejando el voltaje.
Debido a que la corriente está en paralelo la resistencia total es menor lo que produce que la corriente no sea mayor
Desventajas:
El voltaje nominal se reduce debido a que la corriente nominal aumenta y a sus ves existen perdidas.
No es práctico, es inestable ya que hace inestable la velocidad gracias a la variación del torque
VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Las maquinas solo se pueden sobre esforzar un 20% como máximo, cuando se llega a este límite producen un sonido característico que indica su sobre esfuerzo. El uso de resistencias variables para el arranque de motores DC, resulta ser un método muy simple y económico, por lo cual es muy usado en las industrias. La intensidad en el circuito de campo es mucho menor al circuito de armadura.
Se usa la conexión shunt en máquinas DC cuando se requiere controlar la velocidad de estos.
El método de la variación de la resistencia de campo tiene sus limitaciones. Por ejemplo no es muy útil en motores DC pequeños debido a que un incremento en la resistencia de campo no tiene efecto alguno en la velocidad. Las pérdidas son menores cuando ponemos el reóstato en el circuito de campo gracias a que no se consume mucha energía resistiva.
En el método de variación en el voltaje de alimentación, se verifico que a menor voltaje en la armadura es menor el número de RPM. DC es el método de control en el circuito de campo, ya que a pequeñas velocidades se pueden conseguir altas velocidades del motor. Si no se regula la tensión de alimentación al momento de controlarlo el método de control en el circuito de campo, el motor se puede embalar presentando graves daños.
VII. BIBLIOGRAFÍA
http://www.monografias.com/trabajos82/control-velocidad-motor-dc/controlvelocidad-motor-dc.shtml https://es.wikipedia.org/wiki/Control_de_motores_CD http://es.slideshare.net/totycevallos/sistemas-de-control-de-velocidad-de-motores http://html.rincondelvago.com/sistemas-de-control-de-maquinas-de-corrientecontinua.html
