informe 6 maquinas

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

PRÁCTICA No 6 LA MÁQUINA DE C.C. COMO MOTOR. Nombre: Francisco Egüez OBJETIVO:  Analizar el arranque, inversión de giro, frenado y control de velocidad

EQUIPO:       

1 Máquina de c.c. 1 Interruptor bipolar 2 amperímetros de c.c. 1 voltímetro de c.c. 1 medidor de velocidad. 2 juegos de reóstatos. 1 óhmetro.

INFORMACIÓN: El arrancador pone en marcha y acelera un motor. La corriente de arranque de un motor de corriente continua es alta, por lo que es necesario limitarla a un valor no mayor a dos veces la corriente nominal. El alto valor de la corriente de arranque se debe a que la fuerza contraelectromotriz inducida es cero (Ea = 0) en el momento del arranque. Ia 

Vt  Ec Ra

La corriente de arranque está limitada únicamente por la resistencia propia del devanado de armadura. Para limitar esta corriente se conecta en serie con el circuito de armadura una resistencia exterior. Para que el motor tenga un buen par de arranque es necesario que el flujo sea máximo, por esta razón la posición del reóstato exterior en serie con el circuito de campo shunt debe ser de mínima resistencia. La dirección de rotación de un motor de corriente continua depende de la polaridad relativa entre la armadura y el campo magnético, por consiguiente se logra invertir el giro

Semestre 2012 – B Práctica Nº 6

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS cambiando la polaridad del circuito de armadura o del circuito de campo, pero no ambos a la vez. Para frenar a los motores de corriente continua se puede aplicar uno de los siguientes métodos: Frenado por inversión: Si se invierte la polaridad del voltaje aplicado al inducido, se tiene un par inverso al inicial provocando el frenado de la máquina. Es importante limitar la corriente de la armadura que es mayor que en el arranque. Frenado Dinámico: Al desconectar el inducido de la fuente de energía, el rotor continúa girando durante un cierto tiempo, mismo que depende, entre otras cosas, de:   

Inercia del rotor De la carga De las pérdidas mecánicas.

Si se mantiene la excitación la máquina actúa como generador de excitación independiente. Conectando una carga a los terminales del inducido se crea un par opuesto al par de inercia que detiene inmediatamente la marcha del rotor. Para efectos de limitar la corriente en el inducido y controlar el tiempo de frenado como carga, se coloca una resistencia variable. La velocidad del motor de corriente continua está dada por: w

Vt  IaRa k

Esta ecuación conduce a los siguientes métodos para controlar la velocidad:   

Variar el voltaje aplicado a la armadura. Controlar el flujo mediante la corriente de excitación. Variar la resistencia del circuito de armadura.

PROCEDIMIENTO: Armar el circuito para arrancar al motor de cc con conexión en derivación. Tomar los datos necesarios. Comprobar el sentido de giro cuando se cambia de polaridad el circuito de la armadura, el de campo y los dos a la vez. ¿Cuál es el efecto si se corta la alimentación al circuito de campo cuando el motor está funcionando? Armar el circuito necesario para un frenado por inversión de giro de un motor en derivación. Colocar el adecuado valor de la resistencia para limitar la corriente de armadura. Tomar los datos necesarios. Semestre 2012 – B Práctica Nº 6

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Armar el circuito necesario para un frenado dinámico de un motor en derivación. Observar la variación del tiempo de frenado con dos valores diferentes de la resistencia de carga. Tomar las medidas necesarias. Armar el circuito necesario para controlar la velocidad en vacío, variando el flujo de campo y la resistencia externa colocada en el circuito de la armadura. Tomar los datos necesarios. INFORME: 1.-Calcular la corriente de arranque sin la resistencia externa colocada en el circuito de la armadura. Comparar y analizar entre la corriente medida en la práctica y la nominal de la máquina. Datos de Placa Voltaje 110V Corriente 22.7 A Velocidad 1800 RPM

La corriente de arranque de un motor de continua, considerando que la fuerza contra electromotriz inducida es cero (Ea = 0) en el momento del arranque, se calcula empleando la siguiente expresión:

Iarr 

Vta Ra

Donde Vta.= 110V Ra = 1Ω

Iarr 

110V 1

Iarr  110A Para controlar este valor se conecta en serie con la armadura una resistencia externa Rx. Por ejemplo, para una máquina de 110 V, con corriente nominal de 22.7 A y resistencia de armadura (Ra) de 1, la corriente de arranque se limitará a 1.5 veces su valor nominal, mediante una resistencia externa de valor: Vt Rx   Ra In *1.5 110 Rx   1  2.23  1.5 * 22.7

Iarr 

Vt Ra  Rx


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110V 1  2.23 Iarr  34.05A

Iarr 

Valor Medido Corriente de arranque

35 A

Como se puede observar la corriente de arranque es muy grande comparada con la nominal Iarr = 110A e Inom = 22,7 con lo cual al momento de arrancar la maquina esta podría quemarse ya q los devanados no soportarían tanta corriente. Sin embargo observamos que al poner un resistencia extra Rx podemos limitar esta corriente de arranque y hacerla que sea muy pequeña. 2.-Cómo interviene la polaridad del campo magnético y del voltaje aplicado a la armadura en el giro del rotor. Explique gráficamente. Voltaje inducido en el lazo rotacional Si se gira el rotor de esta máquina, se inducirá un voltaje en la espira. Para determinar la magnitud y forma del voltaje, examínese la figura 1. La espira de alambre mostrada es rectangular, los lados ab y cd son perpendiculares al plano de la página y los lados be y da son paralelos a este plano. El campo magnético es constante y perpendicular a la superficie del rotor en todo punto situado bajo las caras polares y cae con rapidez a cero más allá de los extremos de los polos. Para determinar el voltaje total em en la espira, se examina cada segmento de ella por separado y se suman los voltajes resultantes. El voltaje de cada segmento está dado por la ecuación: eind  (vxB)l Segmento a.- En este segmento, la velocidad del alambre es tangencial a la trayectoria de rotación. El campo magnético B apunta en dirección perpendicular hacia fuera de la superficie del rotor en todo punto situado debajo de la cara polar, y es cero más allá de los extremos de ésta. Bajo la cara polar, la velocidad v es perpendicular a B y la cantidad v x B apunta hacia dentro de la página. Entonces, el voltaje inducido en este segmento es: eba  vxB l


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Segmento be.- En este segmento, la cantidad v x B apunta hacia dentro o hacia fuera de la página* mientras que la longitud 1 está en el plano de la página, de modo que v x B es perpendicular a 1 y, por tanto, el voltaje en este segmento será cero. ecb  0 Segmento cd.- En este segmento, la velocidad del alambre es tangencial a la trayectoria de rotación. El campo magnético B apunta en dirección perpendicular hacia dentro de la superficie del rotor en todo punto situado bajo la cara polar y es cero más allá de los extremos de ésta. Bajo la cara polar, la velocidad v es perpendicular a B y la cantidad v x B apunta hacia afuera de la página. Entonces, el voltaje inducido en este segmento es edc  vxbl Segmento da.- Como en el segmento be, v x B es perpendicular a 1. Entonces, el voltaje en este segmento también será cero: El voltaje total inducido en la espira e nd está dado por: eind  eba  ecb  edc  ead

eind  2vBl Cuando la espira rota 180°, el segmento ab está bajo la cara polar norte y no en la cara polar sur. En ese momento, la dirección del voltaje del segmento se invierte, pero su magnitud permanece constante. La figura 2 muestra el voltaje resultante etot en función del tiempo.

Normalmente una bobina abarca 180 grados eléctricos. Esto significa que cuando un lado está en el centro de un polo magnético dado, el otro está bajo el centro de un polo de polaridad opuesta. Los polos físicos quizá no estén distanciados 180 grados mecánicos, pero el campo magnético invierte por completo su polaridad al trasladarse de un polo al siguiente. 3.-Comentar y comparar los métodos usados para el frenado de la máquina. Los tipos de frenado en clase son: frenado dinámico y el frenado por inversión los dos tienen sus ventajas y desventajas que los caracterizan particularmente. Semestre 2012 – B Práctica Nº 6

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS  El frenado dinámico se caracteriza por producirse al desconectar la fuente de energía, con lo cual el rotor continúa girando durante cierto tiempo. A su vez este depende de algunos factores tales como: pérdidas mecánicas, de la carga y de la inercia del rotor. 

El frenado por inversión se lo consigue invirtiendo la polaridad del voltaje aplicado al inducido, con lo cual se tiene un par inverso al inicial provocando el frenado. Es importante limitar la corriente de la armadura, la misma que es mayor a la corriente de arranque.

4.-Graficar la velocidad en función de la corriente de campo y del voltaje terminal. Comentar sobre las características técnicas de cada uno de los métodos de control de velocidad. Corriente de Campo (A) 1.1 0.92 0.86 0.76 0.7 0.62 0.6 0.58 0.54 0.52

Velocidad (RPM) 1459 1506 1552 1600 1628 1670 1710 1733 1780 1813

Wm vs If Velocicdad RPM

2000 1500 1000 Series1

500 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Corriente de campo (A)

Como se observa en la grafica podemos regular la velocidad de la maquina variando la corriente de campo y se observa que mientras vamos aumentado esta corriente la velocidad de la maquina disminuye este tiene lógica desde el punto de vista matemático por la siguiente ecuación Semestre 2012 – B Práctica Nº 6

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Wm 

Eaf f * Ka

Y se deduce que mientras mas flujo tengamos la velocidad irá disminuyendo por otra lado que mientras menor se al flujo de campo la velocidad aumentara ya es una relación inversa. Existen también otros métodos de regulación de velocidad que son:  Controlando el flujo de campo que es el que ya se explico anteriormente.  Controlando la resistencia Ra de armadura  Controlando el voltaje de alimentación (Vta).

5.-Indicar la razón por la cual se cambia la polaridad de armadura para invertir el sentido de giro. El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido. La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido. Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido. Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina, y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la fmm (fuerza magnetomotriz). Para invertir el sentido de giro de un motor de C. C., basta con invertir la polaridad de la tensión aplicada en sus bornas VB (con lo cual varía el sentido de la corriente que circula por su bobinado), y hacer así que el par de fuerzas que originan el giro del motor sea de sentido contrario. Otro método de invertir el sentido de giro, es el de invertir la polaridad del campo magnético producido por las bobinas excitadoras, esto sólo puede hacerse en máquinas que las tengan accesibles desde el exterior. Como normalmente los motores de c.c. no tienen accesibles las bobinas de excitación, en este estudio nos centraremos en controlar el sentido del giro de los motores invirtiendo la polaridad de la tensión VB aplicada en bornas del mismo. La polaridad relativa entre la armadura y el campo magnético es la que determina la dirección de rotación de un motor de corriente continua. Por lo tanto se puede invertir el giro cambiando la polaridad del circuito de armadura o del circuito de campo, pero no ambas a la vez. Es recomendable cambiar las conexiones en el inducido sin tocar el circuito inductor, ya que de otra manera, el motor perdería su magnetismo remanente. Semestre 2012 – B Práctica Nº 6

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6.-Mencionar la influencia de los controles de velocidad en las variables de salida de la máquina.


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7.-Consultar sobre otros métodos para frenado de motores de corriente continua. 

Frenado contra corriente

Al trabajar el motor en un régimen de frenado contracorriente se introduce en el circuito una resistencia adicional para restringir la corriente. Este es posible si el momento o par motor de carga resulta mayor que el momento de corto circuito. La carga en este régimen debe ser limitada según la corriente admisible en el circuito del reducido. Aquí en este régimen, lograr el frenado es posible al cambiar la polaridad de tensión alimentada al inducido. En este caso conviene variar el sentido de la corriente del inducido, dejar invariable la dirección de la corriente en el devanado de excitación.


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

FRENADO MECÁNICO

Los frenos mecánicos accionados electro magnéticamente suelen emplearse en combinación con el frenado eléctrico. Por lo tanto, es indispensable emplear alguna forma de frenado mecánico auxiliar, accionado eléctricamente para que funcione a bajas velocidades y asegurar que la carga se lleva al reposo rápidamente. Además el freno electromecánico sirve para sujetar el eje e impedir que la carga lo mueva o arrastre cuando se ha llevado al reposo (por ejemplo, en ascensores, grúas, montacargas, puentes, etc.). El tipo más común de freno electromecánico empleado en combinación con el freno eléctrico es el freno electromagnético. Se utilizan diversos tipos de principios de frenado mecánico con frenos magnéticos, pero casi todos ellos se accionan por medio de un electroimán. Cuando se excita el electroimán, funciona como un solenoide potente para ejercer una fuerza sobre un juego de zapatas, cintas o discos de freno que a su vez tienden a dejar libre un tambor colocado ene l árbol del motor y permitir la rotación. La ventaja fundamental de un freno electromagnético es que puede ser accionado eléctricamente en un circuito de control para 1) soltar, es decir, permite la rotación del eje, siempre que la potencia esté aplicada al motor, y 2) rearmar, es decir, bloquear el eje siempre que se elimine la potencia del motor.

CONCLUSIONES:  Con la realización de esta practica entendimos como funcional de mejor manera un motor de corriente continua.  Podemos regular la velocidad de la maquinas de varias formas: regulando la corriente de campo o variando el voltaje de entrada.  Una maquina de corriente continua hay que tener precaución en nunca quitar el campo ya que la maquina se embala. 

Es necesario poner en serie a la armadura un resistor para que la corriente de arranque se limite y no tenga problemas la maquina.



La inversión de giro se la puede hacer cambiando las polaridades de los campos con esto tenemos corrientes opuestas y se invertirá el giro.

BIBLIOGRAFIA: http://www.ecured.cu/index.php/Frenado_en_motores_de_corriente_directa http://www.infoplc.net/files/documentacion/motion_control/infoplc_net_tesis89.pdf Apuntes de clase Ing. Luis Tapia.


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FITZGERALD, A.; KINGSLEY, Charles y UMANS, Stephen; Máquinas Eléctricas; Editorial McGraw-Hill; Quinta Edición; México; 1992. KOSOW, Irving; Máquinas Eléctricas y Transformadores; Editorial Prentice-hall Hispanoamericana; Primera Edición.


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