UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE SEDE LATACUNGA
“MÁQUINAS ELÉCTRICAS”
INFORME DE LABORATORIO
TEMA: El Motor de CD en Derivación Nombres:
Jumbo Diego León Kevin Salán Wellintong Bismar Villegas
Docente: Ing. Washintong Freire
Octubre - Febrero 2015
1. TEMA
El Motor de CD en derivación.
2. OBJETIVOS Estudiar las características del par en función de la velocidad de un motor de cd con
devanado en derivación. Calcular la eficiencia de un motor de cd con devanado en derivación.
3. MARCO TEÓRICO 3.1.
GENERADORES DE CD Los generadores de CD son maquinas de CD utilizadas como generador. Como no hay diferencias reales entre un generador y un motor excepto en la dirección del flujo de potencia. Hay cinco tipos principales de generadores de CD, clasificados de acuerdo con la forma en que se produce su flujo de campo: 1.- Generador de excitación separada. El flujo de campo se deriva de una fuente de
potencia separada independiente del generador en simismo. 2.- Generador en derivación. El flujo de campo se deriva de la conexión del circuito de campo directamente a través de los terminales del generador. 3.- Generador en serie. El flujo de campo se produce por la conexión del circuito de campo en serie con el inducido del generador. 4.- Generador compuesto acumulativo: e el están presentes tanto el campo en derivación como el campo en serie y sus efectos son aditivos. 5.- Generador compuesto diferencial. En el están presentes tanto el campo en derivación como el campo en serie, pero sus efectos se restan. Estos tipos de generadores de CD difieren en sus características en los terminales (voltaje-corriente), y por lo tanto en las aplicaciones para las cuales son adecuados. Los generadores de CD se comparan entre si por su voltaje, potencial, eficiencia y regulación de voltaje. La regulación de voltaje se define por medio de la ecuación.
=
− ∗ 100%
Vsc = Voltaje en los terminales del generador en vació Vpc = Voltaje en los terminales del generador a plena carga.
Es una medida aproximada de la forma de la característica voltaje-corriente del generador: una regulación de voltaje positiva significa una característica descendente y una regulación de voltaje negativa significa una característica ascendente. Todos los generadores son accionados por una fuente de potencia mecánica, que normalmente se llama motor primario del generador.
3.2.
GENERADOR DE EXCITACIÓN SEPARADA Características en los terminales de un generador de CD de excitación separada. Es la grafica de las cantidades de salida del dispositivo una frente a la otra. Para un generador de CD, las cantidades de salida son el voltaje en los terminales y la corriente de línea, la característica en los terminales de un generador de excitación separada es entonces una grafica de frente a a una velocidad constante . Por ley de voltaje de kirchhoff, el voltaje en los terminales es =
− . Puesto que el voltaje interno generado es independiente de , la característica en los terminales de un generador de excitación separada es una línea recta. ¿Qué sucede en un generador de este tipo cuando se incrementa la carga? Cuando se incrementa la carga suministrada al generador, (y por lo tanto ) aumenta. Conformé se eleva la corriente del inducido, se incrementa la caída , por la que cae el voltaje en los terminales del generador. Esta característica en los terminales no siempre es completamente exacta. En los generadores sin derivados de compensación del inducido y una reacción del inducido provoca un debilitamiento del flujo. Este debilitamiento del flujo provoca una disminución de = ∅ que provoca una mayor disminución en el voltaje en los terminales del generador.
3.3.
GENERADOR DE CD EN DERIVACIÓN Característica de los terminales de un generador de CD en derivación. La característica de los terminales de un generador de CD en derivación difiere de la de un generador de CD de excitación separada en que la cantidad de corriente de campo de la maquina depende de su voltaje en los terminales. Para entender la característica de los terminales de un generador en derivación, se debe comenzar
con la maquina disminuye con el. Esto provoca que disminuya el flujo en la maquina, disminuyendo .
3.4.
GENERADOR DE CD EN SERIE Características: La curva de magnetización de un generador de CD en serie es muy parecida a la curva de magnetización de cualquier otro generador. Sin embargo, en vació no hay corriente de campo, por lo que se reduce Vi a un pequeño nivel dado por el flujo residual en la maquina. Conforme se incrementa la carga, aumenta la corriente de campo, por lo que aumenta rápidamente.
3.5.
GENERADOR DE CD COMPUESTO ACUMULATIVO Características: 1.- Conforme se eleva , aumenta también la caída de voltaje ( + ). Esto tiene a causar un incremento en el voltaje en los terminales = + ( + ). 2.- Conforme se eleva , aumenta también la fuerza magnetomotriz de campo en serie. Esto incrementa la fuerza magnetomotriz total que a su vez aumenta el flujo en el generador. El aumento en el flujo del generador incrementa , que a su vez tiende a hacer que = + ( + ) se eleve. Estos dos efectos se oponen el uno al otro, uno tiende a incrementar y el otro tiende a disminuir . ¿Qué efecto predomina en una maquina dada? Todo depende de cuantas vueltas en serie hay en los polos de la maquina. 1.- Pocas vueltas en serie (NSE pequeño) 2.- Más vueltas en serie (NSE más grandes) 3.- Se añaden aun mas vueltas en serie (NSE grande)
4. EXPOSICIÓN La velocidad de cualquier motor de cd depende principalmente de su voltaje de armadura y de la intensidad del campo magnético. En un motor en derivación, el devanado de campo y el de la armadura se conectan en paralelo directamente a las líneas de alimentación de cd. Si el voltaje de línea de cd es constante, el voltaje de la armadura y la intensidad del campo serán constante también. Por 10 tanto, el motor en paralelo debería funcionar a una velocidad razonablemente constante.
Sin embargo, la velocidad tiende a disminuir cuando se aumenta la carga del motor. Este descenso de velocidad se debe sobre todo a la resistencia del devanado de la armadura. Los motores en derivación con bajas resistencias en el devanado de la armadura, funcionan a velocidades casi constantes. Al igual que en la mayoría de los dispositivos de conversión de energía, el motor en derivación de cd no tiene una eficiencia del 100%. En otras palabras, no toda la energía eléctrica que se proporciona al motor se convierte en potencia mecánica. La diferencia de potencia entre la entrada y la salida se disipa en forma de calor y se conoce como las "pérdidas" de la máquina. Estas pérdidas aumentan con la carga, haciendo que el motor se caliente mientras produce energía mecánica. En este Experimento de Laboratorio se investiga la eficiencia de un motor de cd en derivación.
Ilustración 1: Velocidad en funcion de Momento Par
5. INSTRUMENTOS Y EQUIPO
Módulo de fuente de energía (l20V ca, 0-120V cd)
EMS 8821
Módulo de medición de c-d {200V,5A)
EMS 8412
Módulo de motor/generador
EMS 8211
Módulo del electrodinamórnetro
EMS 8911
Tacómetro manual
EMS 8920
Cables de conexión
EMS 8941
Banda
EMS 8942
de c-d
Ilustración 2: Instrumentos y Equipo
6. PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la
fuente esté
conectada! ¡La fuente debe
desconectarse después de hacer cada medición! 1. Construya el circuito ilustrado en la Figura 1, utilizando los Módulos EMS de fuente de energía, motor/generador de cd, medición de cd y electrodinamómetro. ¡NO APLIQUE POTENCIA POR AHORA! Observe que el motor está conectado para funcionar con su campo en paralelo y se conecta a la salida de cd variable de la fuente de alimentación (terminales 7 y N). El electrodinamómetro se conecta a la salida de 120V en ca de la fuente de alimentación (terminales 1 y N). Acople el dinamómetro al motor/generador de cd por medio de la banda, tal como se ilustra en la foto. 2. Ajuste la perilla de control del reóstato de campo en derivación en su posición extrema haciéndolo girar en el sentido de las manecillas del reloj (para obtener una máxima excitación del campo en derivación). Verifique que las escobillas están en la posición neutra. 3. Ajuste la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en sentido contrario al de las manecillas del reloj (para proporcionar una carga mínima en el arranque del motor de cd)
4. Conecte la fuente de alimentación y ajuste el voltaje variable de salida a 120 V cd, guiándose por las lecturas tomadas en el medidor. Observe la dirección de la rotación, si es en sentido contrario al de las manecillas del reloj, apague la fuente de energía, intercambie las conexiones de derivación. 5.
a) Ajuste el reóstato de campo en derivación a una velocidad en vacío de
1800 r/min, según lo indique el tacómetro de mano. (Cerciórese de que el voltímetro, conectado a la entrada del circuito, indique exactamente 120V cd.) b) Mida la corriente de línea tomando esta lectura en el amperímetro cuando la velocidad del motor sea 1800 r/min. Anote este valor en la Tabla 1.
NOTA: Pera un par exacto de 0 lbf*pulg, desacople el motor del dinamómetro. 6.
a) Aplique carga al motor de cd haciendo variar la perilla de control del
dinamómetro hasta que la escala marcada en la carcasa del motor indique 3 lbf*plg, (Si es necesario, reajuste la fuente de energía para mantener 120V cd exactarnente). b) Mida la corriente de línea y la velocidad del motor, y anote estos valores en la Tabla 1. e) Repita esta operación para cada uno de los valores de par indicados en la Tabla 1, en tanto que mantiene una entrada constante de 120V cd. d) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.
E
I
VELOCIDAD
PAR
PAR
(volts)
(amps)
(r/min)
(lbf*plg)
(N*m)
120
0.4
1632
0
0
120
0.7
1543
3
0.3
120
1
1481
6
0.6
120
1.4
1446
9
0.9
120
1.8
1412
12
1.2
Tabla 1: Datos Obtenidos
7.
a) Marque los valores de velocidad del motor tomados de la Tabla 1, en la
gráfica de la Figura 2. b) Trace una curva continua por los puntos marcados.
c) La gráfica terminada representa las características de velocidad en función del par, de un motor típico de cd en derivación. En los dos Experimentos de Laboratorio siguientes se dibujarán gráficas similares para motores de cd con devanado en serie y compuesto. Luego se compararán y evaluarán las características de velocidad en función del par para cada tipo de motor.
1650
1600
) n i m / r 1550 ( D A D I C 1500 O L E V
1450
1400 0
2
4
PAR 6 (lbf*plg) 8
10
12
14
Ilustración 3: Velocidad en funcion de Momento Par
8.
Calcule la regulación de velocidad (carga completa = 9 lbf*plg), utilizando la
ecuación:
% de regulación de velocidad =
velocidad de vacio − velocidad a plena carga velocidad a plena carga
% de regulación de velocidad =
1800 − 1446 1446
∗ 100
∗ 100
Regulación de velocidad = 24.48 % 9. Ajuste la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj (a fin de proporcionar la máxima carga de arranque al motor con devanado en derivación). 10
a) Conecte la fuente de energía y aumente gradualmente el voltaje en cd
hasta que el motor tome 3A de corriente de línea. El motor debe girar con lentitud o estar parado.
b) Mida y anote el voltaje en cd y el par desarrollado
= = .
∗
c) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. 11.
a) La corriente de línea en el Procedimiento 10 queda limitada sólo por la
resistencia a cd equivalente del motor con devanado en derivación. b) Calcule el valor de la corriente de arranque que requiere un motor de cd con devanado en derivación, cuando se le aplica todo el voltaje de la línea (120V cd).
= .
7. PRUEBA DE CONOCIMIENTOS: 1. Calcule los hp que desarrolla el motor de c-d con devanado en derivación cuando el par es 9 N.m Use la ecuación ℎ =
(. . )(. )(1.59) 100000
ℎ =
(1446)(9)(1.59) 100000
ℎ = 0.2069
2. Si se sabe que 1 hp equivale a 746 watts, ¿Cuál es el valor equivalente en watss de la salida del motor de la pregunta 1? 1 ℎ
746
0.1638 ℎ =
746 ∗ 0.2069 1
= 154.3454
3. ¿Cuál es la potencia de entrada (en watts) del motor de la Pregunta 1? 0 ℎ = 0
4. Si se conoce la potencia de entrada y la de salida en watts, ¿Cuál es la eficiencia del motor de la pregunta 1?
% ó =
( ) − ( ) ( )
ó =
0 − 154.3454
154.3454
100
%
ó = 100 %
5. Indique algunas de las partes del motor en que se producen estas pérdidas. Se determinan en las escobillas y en los bobinados de los motores.
6. ¿Disminuiría estas pérdidas si se montara un ventilador en el eje del motor? Si debido a que disminuye el calor en el motor y por supuesto la pérdida de energía por la condición del efecto Joule
7. Dé dos razones por las que las pérdidas son indeseables
Debido a que el magnetismo remanente es muy pequeño
Las corrientes parásitas son despreciables debido a su efecto que ocacionan en el motor.
8. ¿Cuántas veces es mayor la corriente de arranque, que la corriente normal a plena carga? Es de aproximadamente unas 7-10 veces la corriente normal a plena carga.
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
En base a la tabla 1 de datos obtenidos, manteniendo un valor de voltaje constante (120V), al variar o ir aumentando el valor del momento par (carga), la velocidad con la que trabaja el motor debido a la conexión planteada se disminuye debido a que la realción de la carga con la velocidad en inversamente proporcional, lo cual se verifica en los datos de la tabla mencionada.
De acuerdo con los datos registrados en la tabla 1 se observa que a medida que se va aumentando el momento par (carga) la intensidad de corriente se incrementa de forma considerableya que se debe verificar debido al valor de tolerancia que maneja el motor/generador de CD.
9. CONCLUSIONES
Se observa en la ilustración 2 que representa la velocidad (RPM) en función del momento par (lbf*pulg) como a medida que éste se imcrementa el valor de la
velocidad tiende a disminuir lo cual se puede apreciar al realizar la práctica de laboratorio, con el instrumento de medición para la velocidad usado es decir el tacómetro.
Con los datos registrados en la práctica de laboratorio al calcular la regulación de velocidad se tiene como valor en porcentaje 24%, con lo cual se determina que este dato se ecnuantra dentro de lo admisible, y así el circuito del motor/generador en derivación se comprta de una manera aceptable para obtener dicho valor.
Al realizar la práctica de laboratorio se observa que al encender el sistema en si del circuito armado el valor de la corriente de arranque es aproximadamente siete veces más que el valor de la corriente de entrada.
10. RECOMENDACIONES
Para una mejor medición de los valores usar un multímetro digital, para evitar los errores por lectura de los valores.
Es recomendable y practicamente obligatorio el uso de el quipo de protección personal como son mandil, gantes y gafas.
Se recomienda revisar el voltaje y corriente máxima con la cual trabajan los motores ya que si se excede este valor los equipos pueden dañarse.
Al momento de subir el valor de la carga, hacerlo con mucho cuidado, debido a que con el aumento de la carga, va a aumentar la corriente, y es muy importante no sobrepasar la corriente máxima de trabajo.
11. BIBLIOGRAFÍA
http://www.minas.upm.es/dep/Sistemas-Energeticos/TEMA4.PDF Guía del laboratorio, experimento del laboratorio N 24.
http://html.rincondelvago.com/maquinas-electricas.html
