“UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA” FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES
INGENIERIA INDUSTRIAL
CURSO: ELECTROTECNIA
TEMA: INFORME N°09: ESTRUCTURA E INSTALACIÓN DE LAS MÁQUINA DE CORRIENTE CONTÍNUA
DOCENTE: CARLOS RONDON
NOMBRE: GARCIA CHALCO GLORIANE
GRUPO: “06”
AREQUIPA-2015
INDICE
1. OBJETIVOS 2. FUNDAMENTO TEORICO 3. ELEMENTOS A UTILIZAR 4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCION 5. CUESTIONARIO 6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 7. BIBLIOGRAFIA
1. OBJETIVOS Revisar, estudiar y aplicar la teoría estudiada para reconocer y ubicar a los diferentes componentes de las máquinas de corriente continua, tomando lectura de las resistencias internas de cada uno de ellos y realizar el ensamble observando las normas de seguridad. 2. FUNDAMENTO TEORICO Introducción Los motores eléctricos de corriente continua son el tema de base que se amplía en el siguiente trabajo, definiéndose en el mismo los temas de más relevancia para el caso de los motores eléctricos de corriente continua, como lo son: su definición, los tipos que existen, su utilidad, distintas partes que los componen, clasificación por excitación, la velocidad, la caja de bornes y otros más. Esta 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. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motor, etc.) Motor de corriente continua Un motor eléctrico de Corriente Continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos. Fundamentos De Operación De Los Motores Eléctricos
En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación.
Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de inducción, descubierto por Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio que André Ampére observo en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor. El movimiento giratorio de los motores de C.C. se basa en el empuje derivado de la repulsión y atracción entre polos magnéticos. Creando campos constantes convenientemente orientados en estator y rotor, se origina un par de fuerzas que obliga a que la armadura (también le llamamos así al rotor) gire buscando "como loca" la posición de equilibrio.
Gracias a un juego de conexiones entre unos conductores estáticos, llamados escobillas, y las bobinas que lleva el rotor, los campos magnéticos que produce la armadura cambian a medida que ésta gira, para que el par de fuerzas que la mueve se mantenga siempre vivo.
Utilización de los motores de corriente directa [C.D.] o corriente continua [C.C.] Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo número de carbones.
Los Motores De Corriente Directa Pueden Ser De Tres Tipos:
Serie
Paralelo
Compound MOTOR SERIE: es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo (campo magnético principal) se conecta en serie con la armadura. Este devanado está hecho con un alambre grueso porque tendrá que soportar la corriente total de la armadura. Debido a esto se produce un flujo magnético proporcional a la corriente de armadura (carga del motor). Cuando el motor tiene mucha carga, el campo de serie produce un campo magnético mucho mayor, lo cual permite un esfuerzo de torsión mucho mayor. Sin embargo, la velocidad de giro varía dependiendo del tipo de carga que se tenga (sin carga o con carga completa). Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y pueden acelerar cargas pesadas rápidamente.
MOTOR SHUNT O MOTOR PARALELO: es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar.
Al igual que en las dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.
MOTOR COMPOUND: es un motor de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo. Esto provee una característica de velocidad que no es tan "dura" o plana como la del motor shunt, ni tan "suave" como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad
segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio.
LAS PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SON:
ESTATOR: Es el que crea el campo magnético fijo, al que le llamamos Excitación.
En
los
motores
pequeños
se
consigue
con
imanes
permanentes. Cada vez se construyen imanes más potentes, y como consecuencia aparecen en el mercado motores de excitación permanente, mayores.
ROTOR: También llamado armadura. Lleva las bobinas cuyo campo crea, junto al del estator, el par de fuerzas que le hace girar.
Inducido de C.C.
ESCOBILLAS: Normalmente son dos tacos de grafito que hacen contacto con las bobinas del rotor. A medida que éste gira, la conexión se conmuta entre unas y otras bobinas, y debido a ello se producen chispas que generan calor. Las escobillas se fabrican normalmente de grafito, y su nombre se debe a que los primeros motores llevaban en su lugar unos paquetes hechos con alambres de cobre dispuestos de manera que al girar el rotor "barrían", como pequeñas escobas, la superficie sobre la que tenían que hacer contacto.
COLECTOR: Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan a cabo intercalando una corona de cobre partida en sectores. El colector consta a su vez de dos partes básicas:
DELGAS: Son los sectores circulares, aislados entre sí, que tocan con las escobillas y a su vez están soldados a los extremos de los conductores que conforman las bobinas del rotor.
MICAS: Son láminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de manera que el conjunto forma una masa compacta y mecánicamente robusta.
Visto el fundamento por el que se mueven los motores de C.C., es facil intuir que la velocidad que alcanzan éstos dependen en gran medida del equilibrio entre el par motor en el rotor y el par antagonista que presenta la resistencia mecánica en el eje. EXCITACIÓN. La forma de conectar las bobinas del estator es lo que se define como tipo de excitación. Podemos distinguir entre:
INDEPENDIENTE: Los devanados del estator se conectan totalmente por separado a una fuente de corriente continua, y el motor se comporta exactamente igual que el de imanes permanentes. En las aplicaciones industriales de los motores de C.C. es la configuración más extendida.
SERIE: Consiste en conectar el devanado del estator en serie con el de la armadura. Se emplea cuando se precisa un gran par de arranque, y precisamente se utiliza en los automóviles. Los motores con este tipo de excitación se embalan en ausencia de carga mecánica. Los motores con esta configuración funcionan también con corriente alterna.
PARALELO: Estator y rotor están conectados a la misma tensión, lo que permite un perfecto control sobre la velocidad y el par.
COMPOUND: Del inglés, compuesto, significa que parte del devanado de excitación se conecta en serie, y parte en paralelo. Las corrientes de cada sección pueden ser aditivas o sustractivas respecto a la del rotor, lo que da bastante juego, pero no es este el lugar para entrar en detalles al respecto.
Velocidad del motor de corriente continua Como ya hemos dicho, la configuración más popular es la de excitación independiente, y a ella se refieren las dos expresiones que vienen a continuación: 1.
La velocidad es proporcional al valor de la tensión media de C.C. esto
es válido siempre que se mantengan constantes, las condiciones de excitación y el par mecánico resistente. 2.
El valor de la tensión media aplicada a las conexiones de la armadura
del motor se distribuye fundamentalmente de la forma: (1) U: Tensión media aplicada. RxI: Caída de tensión debida a la corriente que circula por el inducido. E: Fuerza contra electromotriz inducida (velocidad). Según el punto (1), la velocidad se puede variar empleando rectificadores controlados para proporcionarle en todo momento la tensión media adecuada. Para medir su velocidad podemos emplear, según el punto (2), un método alternativo a la dinamo tacométrica y que consiste en restar a la ecuación (1) la caída de tensión (RxI) en la resistencia de las bobinas de armadura, (con amplificadores operacionales) quedándonos solo con el
valor correspondiente a la fuerza contra electromotriz (E), muestra directa de la velocidad. En nuestro entorno, tendemos a pensar que allá donde encontremos motores de corriente continua es muy posible que sea debido a la necesidad de tener que poder variar la velocidad de forma sencilla y con gran flexibilidad.
Caja de bornes El bornero de un motor de C.C. suele proporcionar dos parejas de conexiones, una para la excitación, y otra para la armadura. Al tratarse de devanados para corriente continua sus bornes estarán coloreados, habitualmente de rojo y negro.
Las tomas de estator y rotor deben ir debidamente diferenciadas, pero aún sin señales puede distinguirse entre unas y otras porque las de la armadura son de sección sensiblemente mayor.
3. ELEMENTOS A UTILIZAR
Multímetro Puente de Resistencias Mego metro Pulsadores Contactores Motor DC 4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCION I. Reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de los componentes encontrados. (Indicar el tipo de motor según la información obtenida).
II.
Medir con el instrumento adecuado el valor de la resistencia interna de cada componente, la resistencia de aislamiento del estator y de la armadura.
III.
Elaborar el diagrama completo de conexiones del motor ensayado según normas vigentes e incluya los valores de las resistencias internas en los símbolos graficados.
IV.
Identificar el conmutador y con el instrumento adecuado mida la resistencia cada dos delgas consecutivas, en un cuadro represente los valores obtenidos de todas las delgas del conmutador.
ELECTROTECNIA
UCS M
Implementar el circuito de arranque simple del motor de corriente
V.
continua según las instrucciones de la práctica de contactores, graficar los circuitos de fuerza y control aplicados.
5. CUESTIONARIO 5.1.- Defina la función de cada componente ubicado en el motor ensayado. Inductor o estator (Arrollamiento de excitación): Es un electroimán formado por un número par de polos. Las bobinas que los arrollan son las encargadas de producir el campo inductor al circular por ellas la corriente de excitación. Inducido o rotor (Arrollamiento de inducido): Es una pieza giratoria formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de inducido, sobre el que actúa el campo magnético. Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas. 5.2.- Los valores de resistencia de aislamiento ¿son los adecuados?, explique ¿por qué? Si son los adecuados son comparados con registros históricos, en condiciones atmosféricas similares, tomando en consideración que diferencias entre estos valores muy excesivas, resaltan un deterioro o contaminación del aislamiento.Otro dato de gran importancia en pruebas 15
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individuales es el índice de polarización y de absorción. 5.3.- De acuerdo al Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama de representación del motor ensayado, y los circuitos de fuerza y control correspondiente. CIRCUITO DE FUERZA
6.
CIRCUITO DE CONTROL
5.4.- Describa ¿por qué las diferencias de valores resistivos entre las bobinas del estator y las bobinas del rotor? La diferencia de los valores resistivos entre las bobinas del estator y las del rotor que dan cuando la corriente que ingresa por el terminal positivo, se divide en 2 flujos de corriente , que son una trayectoria del elemento móvil ,ROTOR, que genera el torque y la otra es la trayectoria del elemento fijo , CAMPO o ESTATOR que genera el flujo de inducción; por lo que el propósito general es generar el torque la corriente en el elemento móvil tiene que ser mayor, por lo tanto posee una resistencia menor a relación del elemento fijo que produce el flujo, este flujo es
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necesario para producir la conversión de energía electromecánica pero necesita menor corriente por lo que su resistencias es mayor.
7.
5.5.- Describa las ventajas y desventajas de la utilización de máquinas de Corriente Continua en aplicaciones industriales. 1. Amplio rango de variación de velocidad 2. Baja relación peso / potencia 3. Alta eficiencia 4. Bajo nivel de ruido 5. Bajo momento de inercia 6. Alta capacidad a cargas dinámicas 7. Construcción robusta 8. Alta resistencia a vibraciones 9. Óptima calidad de conmutación
8.
5.6.- La evaluación de las resistencias registradas entre dos delgas consecutivas del conmutador, ¿son iguales?, explique brevemente. El método usado para la medición de la resistencia de aislamiento es el Método de lectura puntual, el cual establece que La resistencia de aislamiento debe ser aproximadamente 1 Megohmios por cada 1.000 V, con un valor mínimo de 1Megaohmios" , por lo que se puede decir que los valores son adecuados para el motor.
9. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES El análisis de los elementos o partes de la maquina DC analizada nos dan una visión más certera de como es el funcionamiento de cualquier maquina
ya
sea
de
mayor
envergadura
como
en sistemas de
potencia grandes que amplían nuestro aprendizaje como ingenieros.
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Es importante el conocimiento de los símbolos normalizados para una correcta formulación de los diagramas o esquemas ya sea de fuerza y control que nos permiten apreciar los circuitos en cuestión. Es importante adquirir
los correctos conocimientos, determinación y
armado del circuito ya sea en serie, paralelo o mixto para no generar fallas a nuestra máquina de corriente continua. Observamos que el circuito de control trabaja correctamente y de manera adecuada siempre y cuando nuestros contactores hayan sido conectados tanto la parte principal como los auxiliares. Se comprobó además, mediante el amperímetro, que la corriente de arranque es mayor a la nominal (corriente que requiere para un uso continuo), ya que la de arranque es necesario para vencer la inercia del eje. Actualmente estas máquinas son bastante utilizadas en pequeñas aplicaciones y están en nuestro cotidiano vivir, por lo que es de gran utilidad saber el funcionamiento de las mismas y los posibles problemas que podríamos tener ante estas. 10. BIBLIOGRAFIA http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua http://perso.wanadoo.es/luis_ju/ebasica2/mcc_01.html http://www.unicrom.com/Tut_MotorCC.asp http://www.monografias.com/trabajos74/motores-corrientedirecta/motores-corriente-directa2.shtml
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