U.P.T.C. U.P.T.C. Facultad Seccional Duitama !scuela de n"enier#a !lectromecánica
Área de formación básica profesional Máquinas eléctricas $%&'&(&$)&*
PRACTICA DE LABORATORIO 6 MOTORES CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE Y MOTORES CON EXCITACIÓN EN DERIVACIÓN DERIVACIÓN INTRODUCCION
+l i"ual que los "eneradores de C.D., los motores de C.D. requieren especial atención en el cone-ionado de la e-citación. os di/ersos tipos de e-citación in/olucran caracter#sticas de funcionamiento 0con car"a 1 sin car"a2 que deben ser comprendidos e interpretados con e-actitud para futuras aplicaciones. 1. OBJETIVOS
•
Comprobar que la fuer3a electromotri3 es proporcional a la /elocidad con flu4o constante.
•
Comprobar que la fuer3a contraelectromotri3 es proporcional al flu4o, manteniendo la /elocidad constante.
•
Comprobar que la /elocidad es in/ersamente proporcional al flu4o, manteniendo la fuer3a contraelectromotri3 constante.
•
Determinar las caracter#sticas de par para un motor de corriente continua.
2. GENERALIDADES
!l motor eléctrico es una máquina que puede con/ertir la electricidad en mo/imiento rotatorio, con el ob4eto de que efect5e un traba4o 5til.
'6$
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'.7 FU!89+ C:;T8+ !!CT8:M:T89 a acción del "enerador siempre tiene lu"ar en un motor en operación. +l "irar la armadura del motor, sus espiras conductoras cortan l#neas de flu4o ma"nético del campo, siendo suficiente para que e-ista inducción electroma"nética, "enerándose una fem en la armadura del motor durante la operación normal. a fem inducida como resultado del funcionamiento normal del motor recibe el nombre de fuer3a contra electromotri3 o fcem. a fem efecti/a que
=
femaplicada
−
fcem
0!c. 72
Si"nificando esto, que para que funcione un motor el /olta4e aplicado al circuito de armadura debe ser ma1or que la fcem que se produce una /e3 que el motor comience la rotación. a fcem siempre es proporcional a la intensidad del flu4o de campo 1 a la /elocidad de rotación de la armadura, resumiéndose as#= fcem
Siendo
k una
=
k φ n
0!c. '2
constante propia la máquina, φ el flu4o de campo por polo dado en Webers
0Wb2 1 n la /elocidad de rotación de la armadura en rpm. '.' !CU+C:;!S D! P+8 !; U; M:T:8 C.D. Cuando por una espira circula una corriente en presencia de un campo ma"nético, se "enera un par electroma"nético, siendo éste un parámetro que determina la cantidad de ener"#a que puede apro/ec
'6*
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T
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=
0!c. 62
k φ I a
Siendo k una constante, determinada por la densidad de flu4o, la lon"itud efecti/a de cada conductor, el n5mero total de conductores de la armadura, la distancia radial al e4e de rotación 1 el n5mero de tra1ectorias del de/anado de armadura. Se"5n la ecuación 6, las 5nicas formas de aumentar el par motor, son aumentar la corriente de armadura, el flu4o de campo o ambos. '.6 >!:CD+D D! M:T:8 C:M: FU;C?; D! + FU!89+ C:;T8+ !!CT8:M:T89 @ ! FUA: a /elocidad de funcionamiento del motor eléctrico la determina el par producido por el motor 1 la car"a que tiene impulsar. Cuando en un motor no
acelerarse el motor, el aumento correspondiente de la fcem se comporta de tal manera que reduce el aumento ori"inal de la corriente de armadura. Por lo tanto, la /elocidad final que alcan3a el motor no suele ser muc
'6(
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n
=
E t
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−
I a Ra
0rpm2 0!c. %2
k φ
'.% P:T!;C+ D! M:T:8 os motores se clasifican se"5n la car"a que pueden impulsar, a esto se le llama salida de potencia, también se clasifican por la potencia eléctrica que toman de la l#nea, llamada entrada de potencia 1 por la calidad con la que transforman ener"#a eléctrica en ener"#a mecánica, a lo que se le llama eficiencia. a salida de potencia en el e4e es la medida de la ener"#a mecánica que el motor transmite a plena car"a, puede calcularse si se conoce el par 1 la /elocidad. !l par se mide directamente por medio de un dispositi/o llamado freno prony 1 la /elocidad se puede determinar mediante un tacómetro. !l par se calcula por medio de la ecuación= T
=
E.D DL
0 N-m2 0!c. $2
Siendo, D la lectura del dinamómetro 1 L la lon"itud del bra3o de la palanca. '.$ C+S!S D! M:T:8!S D! C:88!;T! C:;T;U+ +l i"ual que los "eneradores, los motores de corriente continua pueden clasificarse de acuerdo al tipo e-citación empleada. '.$.7 Motor con excitacin independiente. !l motor con e-citación independiente requiere del empleo de dos "eneradores de corriente continua, uno para alimentar el circuito de e-citación 1 otro para alimentar el inducido. + pesar de las /enta4as que conlle/a por la independencia de la alimentación de la e-citación, su uso es reducido.
'6
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Fi"ura 7. Motor con e-citación independiente.
'.$.' Motor con excitacin en derivacin o s!"nt . !n el motor en deri/ación, la e-citación se encuentra en paralelo con el de/anado de armadura. Una de sus principales caracter#sticas es el
+l aumentar la car"a de un motor en deri/ación, el efecto inmediato es reducir la /elocidad de armadura, la reacción de la /elocidad de armadura reduce la fcem, produciendo un aumento en la cantidad de corriente que flu1e, lo cual tiene el efecto de aumentar el par para acelerar nue/amente la armadura. '.$.6 Motor con excitacin serie. !n el motor serie el de/anado de campo está conectado en serie con la armadura, lo cual si"nifica que flu1e una corriente com5n a tra/és de ambos de/anados. '6E
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Fi"ura 6. Motor serie.
!l motor serie es sensible a las /ariaciones de car"a, 1a que no funciona a /elocidad constante. !l par en el motor serie 1 la /elocidad son in/ersamente proporcionales, si"nificando que cuando el par es ele/ado, la /elocidad es ba4a 1 cuando el par es ba4o la /elocidad es alta. a relación car#a-velocidad del motor serie
'%&
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Fi"ura %. Motor con e-citación compuesta.
Dependiendo de la cantidad de cada uno de los de/anados, se lo"ran motores compound diferencial 1 motores compound acumulati/os, e-istiendo compound acumulati/os de deri/ación corta 1 de deri/ación lar"a. '.* P8!C+UC:;!S Se deben se"uir los requisitos de se"uridad e-puestos en la práctica de laboratorio 7. '.( +UT:!+M!;
a. Gue efectos tiene la fcem sobre el funcionamiento del motor con car"a 1 sin car"aH b. GDe qué factores depende el par de un motorH c. G!l par es función de la /elocidadH, e-plique. d. Gué factores
'%7
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3. MATERIALES Y EQUIPOS
Tabla 7. !quipos. Cantidad
Elemento
Observación
7 ' ' ' 7
Fuente de tensión continua +mper#metro +mper#metro >olt#metro Tacómetro
&)77$ $ , $& % &)$ % D.& &)$& % D.&. &)7$& $ D.&.
Tabla 7. Materiales. Cantida
Elemento
d
' 7 7 7 % 7
Observación
% kW' 77&I77$ $ ,7&& rpm Benerador de CC 6 kW' 77&I77$ $ ,7&& rpm Motor de CC 6. k$%' ''&I6& $ ,7&I$. %7&& rpm Motor trifásico Freno pron1 8eóstato de e-citación Car"a resisti/a /ariable
4. PROCEDIMIENTO
%.7 FU!89+ C:;T8+!!CT8:M:T89 P8:P:8C:;+ + + >!:CD+D
72 Monte el circuito la fi"ura $. '2 Conecte la e-citación del motor 1 auméntela
R'
aumente "radualmente la tensión aplicada al motor
'%'
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%.' FU!89+ C:;T8+!!CT8:M:T89 P8:P:8C:;+ + FUA:
72 Pon"a a "irar el "rupo armado pre/iamente.
'2 >ar#e pro"resi/amente la corriente de e-citación del motor. Para cada paso re"ule la e-citación del "enerador
%.6 >!:CD+D ;>!8S+M!;T! P8:P:8C:;+ + FUA:
72 +umente la corriente de e-citación del motor
cada posición consi"ne los /alores en la tabla $. %.% C+8+CT!8JSTC+S D! M:T:8 !; D!8>+C?;
72 Monte el circuito de la fi"ura *. '2 !stando el motor desconectado 0 ( 7 abierto2 pon"a en marc
R'
1
R6
en el má-imo /alor de su resistencia 1 con la car"a
desconectada 0 ( ' abierto2. Conecte los terminales del motor 1 empiece a /ariar los reóstatos R' 1
R6
%2 8e"ule la e-citación del "enerador de car"a 0 I # ' 2 por medio de R%
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total del motor, corriente producida por el "enerador de car"a 1 par mecánico, en la tabla *.
5. TOMA DE DATOS
Tabla %. Fuer3a contraelectromotri3 proporcional a la /elocidad I e 0 %2
=
I m 0 %2 E t 0$ 2
n )rpm*
Tabla $. Fuer3a contraelectromotri3 proporcional al flu4o n )rpm*+ I m 0 %2 E t 0$ 2 I e 0 %2
'%%
=
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'%$
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Tabla *. >elocidad in/ersamente proporcional al flu4o E t 0$ 2 I m 0 %2 I e 0 %2
=
=
n )rpm*+
Tabla (. Motor con e-citación en deri/ación Motor
E t 0$ 2 n )rpm*+
Generador 2
E t 0$ 2
=
I m 0 %2
I e 0 %2
=
=
D 0 ,# 2
6. CARACTERISTICAS A OBTENER
*.7 C+8+CT!8STC+S D! fcem, >!:CD+D @ FUA:
Con los datos de las tablas % a * dibu4e las caracter#sticas=
72 cem vs. velocidad , para flu4o constante
E t
=
f 0n2 K φ
'2 cem vs. fl"o, para /elocidad constante
E t
=
f 0φ 2 K n
62 $elocidad vs. fl"o, para fcem constante
n
'%*
=
f 0φ 2 K E t
=
&te
=
&te
=
&te
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*.' M:T:8 C:; !CT+C?; !; D!8>+C:;
Con los datos de la tabla (, dibu4e las caracter#sticas=
72 >elocidad /s. potencia 5til '2 Par /s. potencia 5til T
=
n
=
f 0 / " 2
f 0 / " 2
62 Potencia eléctrica /s. potencia 5til
/ e
%2 8endimiento /s. potencia 5til
η f 0 / " 2
=
f 0 / " 2
=
8epita los numerales 7, ', 6 1 %, esta /e3 para el "enerador con car"a.
7. CUESTIONARIO
7. Describa el comportamiento de cada una de las caracter#sticas obtenidas. GCómo afecta la /ariación de cada una de ellas en el funcionamiento el motorH '. Describa paso a paso lo que sucede al retirar la car"a de un motor en deri/ación.
6. GCómo se re"ula la /elocidad en motor en deri/aciónH %. GCómo es el par de arranque en motor serie frente par de arranque en motor en deri/aciónH $. Gué le sucede al motor serie cuando su de/anado de campo se abreH
BIBLIOGRAIA
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CL+PM+;, Step
Facultad Seccional Duitama.
!scuela de n"enier#a
!lectromecánica. :S:O, r/in" . Maquinas eléctricas 1 transformadores. ' ed. Me-ico = Prentice Lall Lispanoamericana, 7EE7. (&%p. M:;T:@+ >, Aosé ucinio. Bu#as de laboratorio de electricidad . Pereira, Colombia = Uni/ersidad tecnoló"ica de Pereira, Facultad de n"enier#a eléctrica.7EE(. S!88+;:, lamas !steban. Prácticas de laboratorio de electricidad. Qarcelona, !spaNa = Uni/ersidad de eón, 7EE%. U;>!8SD+D ;+C:;+ D! C::MQ+. Medidas eléctricas básicas 0Técnicas de medición eléctrica2. Qo"otá, Colombia = Uni/ersidad ;acional de Colombia, Facultad de n"enier#a, 7EE.
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