ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL
PRÁCTICA No 7 LA MÁQUINA DE C.C. COMO MOTOR.
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 q ue la fuerza contraelectromotriz inducida es cero (Ea = 0) en el momento del arranque.
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 po sición 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
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giro 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: •
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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:
Esta ecuación conduce a los siguientes métodos para controlar la velocidad: •
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Variar el voltaje aplicado a la armadura. Controlar el flujo mediante la corriente de excitación. Variar la resistencia del circuito de armadura.
TRABAJO PREPARATORIO:
Consultar acerca de los métodos empleados para arrancar un motor de c.c con conexión en derivación. Dibujar el circuito necesario. Indicar la disposición de los equipos de medida.
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Consultar acerca de los métodos empleados para el frenado por inversión de giro y frenado dinámico para un motor de c.c con conexión en derivación. Calcular el valor adecuado de la resistencia para limitar la corriente de armadura, para el frenado por inversión de giro. Dibujar el circuito necesario. Indicar la disposición de los equipos de medida.
Consultar acerca de los métodos empleados para controlar la velocidad en vacío de un motor de c.c con conexión en derivación. Dibujar el circuito necesario. Indicar la disposición de los equipos de medida.
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. Armar el circuito necesario para un frenado dinámico de un motor en derivación. Observar la variación del tiempo de frenado con dos valores d iferentes 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:
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.
Cómo interviene la polaridad del campo magnético y del voltaje aplicado a la armadura en el giro del rotor. Explique gráficamente.
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Comentar y comparar los métodos usados para el frenado de la máquina.
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.
Indicar la razón por la cual se cambia la polaridad de armadura para invertir el sentido de giro.
Mencionar la influencia de los controles de velocidad en las variables de salida de la máquina.
Consultar sobre otros métodos para frenado de motores de corriente continua.
CONCLUSIONES:
BIBLIOGRAFIA:
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ANEXO a. Arranque de un motor de corriente directa La corriente de arranque de un motor de continua, considerando que la fuerza contraelectromotriz inducida es cero (Ea = 0) en el momento del arranque, se calcula empleando la siguiente expresión:
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 18 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:
b. Control del sentido de giro de un motor de corriente directa En el siguiente gráfico se observa el cambio del sentido de giro al invertir la polaridad del devanado de armadura. Al efectuar esa inversión el sentido de la corriente se cambia. Aplicando la ley de la mano izquierda se puede determinar la dirección del movimiento.
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El cambio en el sentido de giro, invirtiendo la polaridad del campo también se explica de manera similar.
c. Procedimiento 6.1
El circuito requerido para arrancar al motor de cc con conexión en derivación se indica en el siguiente gráfico.
Para el arranque, coloque la resistencia Rx en su valor máximo y la del campo en su mínimo valor, luego de alcanzar el valor adecuado de giro coloque la resistencia Rx en valor cero y la de campo varíe según sea necesario. Tome nota del valor de corriente en el arranque y cuando se estabiliza. Recuerde que el motor estará trabajando en vacío. 6.2
Cuando cambie el sentido de giro del motor, invirtiendo la polaridad del devanado de campo, tenga cuidado de no dejar el campo abierto, ya que, al reducir a cero la corriente del circuito de campo el valor de d tiende a cero y la velocidad tiende a subir a valores peligrosos. Esto se puede apreciar de la siguiente relación:
6.3
Al realizar el frenado por inversión de giro de un motor en derivación, invirtiendo la polaridad del voltaje aplicado al inducido, coloque el adecuado valor de la resistencia para limitar la corriente de armadura.
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6.4
El circuito necesario para un frenado dinámico de un motor en derivación e indica en el siguiente gráfico.
Tome la lectura del tiempo de frenado para dos valores diferentes de la resistencia de carga Rc. 6.5
El circuito necesario para controlar la velocidad del motor en vacío, tanto para el caso de cambio de la corriente de excitación como de la resistencia externa al inducido es el siguiente.
La corriente de excitación se controla con la resistencia de campo y ello permite variar el flujo de campo.
6.6
El circuito indicado en el numeral anterior también permite controlar la velocidad en vacío, variando el voltaje aplicado a la armadura, pero éste debe ser variado desde la fuente.
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