PRÁCTICA N°9 ESTRUCTURA E INSTALACION DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA 1. OBJETIVO. Aplicar la teoría estudiada para elaborar el esquema de instalación y realizar el montaje del circuito correspondiente utilizando contactares, para la operación de un motor asíncrono trifásico. Medir la corriente que toma en el arranque y la corriente de operación normal 2. FUNDAMENTO TEÓRICO. Motores de corriente continúa. Como ya se dijo en la primera entrada los motores eléctricos de corriente continua se clasifican según su excitación en: Excitación paralelo (Shunt). Excitación serie. Excitación Compuesta (compound), que pueden ser conexión corta o conexión larga o también llamados acumulativo o diferencial. Excitación independiente.
Principio de funcionamiento. Cuando se aplica una tensión continua a las escobillas representadas en el dibujo, circulará una intensidad por la espira y, por estar ubicada dentro de un campo magnético y de acuerdo con la Ley de Lenz, aparecerá en cada lado de la espira una fuerza electromagnética F que se opone al campo magnético existente, girando. Resumiendo, un motor de cc (como cualquier motor eléctrico) no deja de ser otra cosa que un convertidor de energía eléctrica en energía mecánica.
Un motor de corriente de continua basa su funcionamiento en la fuerza producida en un conductor a causa de la presencia de un campo magnético B sobre una intensidad de corriente eléctrica I. La expresión que la rige es:
Se obtendrá el valor máximo de fuerza cuando el campo magnético sea perpendicular al conductor y se tendrá una fuerza nula cuando el campo sea paralelo al flujo de corriente eléctrica donde 'l' es la longitud del conductor. El par motor M que se origina tiene un valor. Cuando el motor inicia su trabajo, este inicialmente esta detenido, existiendo un valor de EB nulo, y teniéndose así un valor de intensidad retórica muy elevada que puede afectar el rotor y producir arcos eléctricos en las escobillas. Para ello se conecta una resistencia en serie en el rotor durante el arranque, excepto en los motores pequeños. Partes de las que se compone. Las partes de un motor de cc se pueden dividir en dos grupos: - La parte mecánica: compuesta por la carcasa que como es evidente es la parte estática de la máquina, las tapas laterales también llamados escudos, las fijaciones de la máquina, el inducido que es la parte móvil de la máquina que gira apoyada sobre rodamientos (como se conoce comúnmente con el nombre de cojinetes) solidarios a las tapas laterales antes mencionadas. - La parte electromagnética: formada principalmente por un circuito magnético formado por un empilado de chapas magnéticas formando las masas polares del inductor, dos circuitos eléctricos formados por dos devanados diferentes; el devanado inductor que va alojado alrededor de las masas polares, el otro circuito es el devanado inducido que va alojado en las ranuras en la parte que gira (llamada rotor) que pueden estar formados por hilos o pletinas dependiendo de la potencia del motor.
Están formados generalmente por las siguientes Partes: 1 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. Formado por una corona de material ferromagnético denominada culata o yugo en cuyo interior, regularmente distribuidos y en número par, van dispuestos unos salientes radiales con una expansión en su extremo, denominados polos, sujetos por tornillos a la culata. Rodeando los polos, se hallan unas bobinas de hilo, o pletina de cobre aislado, cuya misión es, al ser alimentadas por corriente continua, crear el campo magnético inductor de la máquina, el cual presentará alternativamente polaridades norte y sur. Salvo las máquinas de potencia reducida, en general de menos de 1 kW, encontramos también en el estator, alternando los polos antes citados, otros llamados polos de conmutación. 2.
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. Formado por una columna de material ferromagnético, a base de chapas de hierro, aisladas unas de las otras por una capa de barniz o de óxido. La corona de chapa magnética presenta en su superficie externa un ranurado donde se
aloja el devanado inducido de la máquina. Este devanado está
constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente aislados, cerrado sobre sí mismo al conectar el final de la última bobina con el principio de la primera. Partes del rotor Núcleo de la armadura.- Está constituido por láminas de acero silicio de sección circular. La circunferencia de ranurado para que puedan alojarse los conductores de arrollamiento de armadura. Los conductores y las ranuras generalmente van paralelos el eje pero en otros casos son oblicuos. El hierro de la armadura debe estar laminado y las Chapas aisladas entre sí de otra manera el flujo del polo, induce una f.e.m. En el hierro (como lo hace en los conductores) que producirá elevadas corrientes parasitas y las correspondientes pérdidas (i²R) en la superficie del
hierro. La laminación del núcleo aumenta la resistencia de los caminos de las corrientes parasitas y reduce la magnitud de las corrientes. Bobina de Armadura.- Existen 2 tipos de bobinados de armadura las cuales son: el imbricado y el ondulado 3.
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. 4. Escobillas Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido. Al girar el rotor, las escobillas van rozando con las delgas, conectando la bobina de inducido correspondiente a cada par de delgas con el circuito exterior. ELEMENTOS A UTILIZAR:
Multímetro. Puente de resistencias Megómetro
* Pulsadores. * Contactores. * Motor DC
4. PROCEDIMIENTO a) 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). b) Medir con el instrumento adecuado el valor de la resistencia interna de cada componente, la resistencia de aislamiento del estator y de la armadura.
Estator: Rf= Rotor: Ra= c) Elaborar el diagrama completo de conexiones del motor ensayado según normas vigentes e incluya los valores de las resistencias internas en los símbolos graficados.
Resistencia: A-AA (Rotor) = Resistencia F-FF (Estator) =
d) 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.
PAR DE
RESISTENCIA
1-2
5.2
2-3
7.5
3-4
90
4-5
83.1
5-6
1.1
6-7
1.1
e) Implementar el circuito de arranque simple del motor de corriente
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): Esto 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): La 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.
- Escobillas: Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido.
5.2.- Los valores de resistencia de aislamiento ¿son los adecuados?, explique ¿por qué? 5.3.- De acuerdo al Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama de representación del motor ensayado, y los circuitos de fuerza y control correspondiente.
5.4.- Describa ¿por qué las diferencias de valores resistivos entre las bobinas del estator y las bobinas del rotor?
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 general 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 necesario para producir la conversión de energía electromecánica pero necesita menor corriente por lo que su resistencias es mayor.
5.5.- Describa las ventajas y desventajas de la utilización de maquinas de Corriente Contínua en aplicaciones industriales. La corriente continua presenta grandes ventajas, entre las cuales está su capacidad para ser almacenada de una forma relativamente sencilla. Esto, junto a una serie de características peculiares de los motores de corriente continua, y de aplicaciones de procesos electrolíticos, tracción eléctrica, entre otros, hacen que existen diversas instalaciones
que
trabajan
basándose
en
la
corriente
continua.
Una gran ventaja que poseen estas máquinas es que pueden ser utilizadas tanto como motores y generadores, lo cual significa que la maquina puede ser utilizada en diferentes aplicaciones, lo cual no limita su uso y por lo tanto equipara las desventajas ante las máquinas de CA.
5.6.- La evaluación de las resistencias registradas entre dos delgas consecutivas del conmutador, ¿son iguales?, explique brevemente. Pérdidas mecánicas Este tipo de pérdidas se produce en aquellas máquinas que tienen partes en movimiento, y se deben a: Rozamientos en los cojinetes de apoyo del rotor. La parte en movimiento de las máquinas eléctricas reciben el nombre de rotor, y debido a la fricción entre el sistema en movimiento y la parte fija en el sistema de apoyo, se produce calor. Rozamientos de las escobillas sobre el colector ó anillos. El pasaje de corriente desde una parte fija a una móvil en las máquinas eléctricas se obtiene a través de anillos rozantes ó escobillas sobre un colector, produciéndose calor debido a la fricción. Rozamiento de las partes móviles La fricción con el aire que rodea a las máquinas, de las partes que se encuentran en movimiento, produce también calor. Potencia absorbida por el sistema de ventilación. Las máquinas cuentan con un sistema de paletas adosadas al eje a los efectos de extraer el calor de las mismas, la potencia que utilizan para impulsar el aire se la considera una pérdida. El conjunto de pérdidas analizado es función de la velocidad de rotación, dependiendo en forma directa las 3 primeras y en forma cúbica las de ventilación, lo cual se puede expresar de la siguiente forma: 3 pm = k1 ω + k2 ω Dado que las máquinas eléctricas trabajan con una tensión de alimentación fija (depende de la red de suministro eléctrico), la potencia que entregan las mismas es función de la corriente, o sea que: S = 1,73. U. I = k1. I [VA] Sistemas trifásicos S = U. I = k2. I [VA] Sistemas monofásicos En la figura se observa la gráfica en la que podemos ver la variación de las pérdidas en función de la “carga” o de la corriente.
6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Al concluir la práctica se pudieron obtener varios resultados los cuales nos han servido para tener en cuenta al momento en el que necesitemos utilizar una máquina de corriente continua saber escoger correctamente la maquina dependiendo del tipo de aplicación en la que se vaya a utilizar la máquina, se ha podido observar que las máquinas de corriente continua son utilizadas ampliamente en lo que son aplicaciones de pequeño tamaño como son en motores de herramientas manuales ya que al estos necesitar de escobillas resultaría un elevado costo de operación y mantenimiento en aplicaciones grandes, siendo una gran desventaja ante las máquinas de corriente alterna. Una gran ventaja que poseen estas máquinas es que pueden ser utilizadas tanto como motores y generadores, lo cual significa que la maquina puede ser utilizada en diferentes aplicaciones, lo cual no limita su uso y por lo tanto equipara las desventajas ante las máquinas de CA. Se pudo observar cual es el principio de funcionamiento de estas maquinas cuando
generan
energía eléctrica y
como
reaccionan
internamente las diferentes partes ante cada situación de utilización de las mismas y los métodos para evitar estos problemas, teniéndose en cuenta cada una de las desventajas que estos producen. 7. BIBLIOGRAFIA [1] http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_co [2]http://www.tuveras.com/maquinascc/estructura. [3]http://html.rincondelvago.com/generadores-y-intercalandomotoresde-corriente-continua. [5]http://endrino.pntic.mec.es/rpel0016/Bobinados. [6]“Maquinas corriente continua” disponible en: http://www.monografias.com/trabajos79/maquinas-
corriente-
continua/maquinas-corriente- continua2.shtml [7] “Maquinas DC” disponible en: http://www.taringa.net/posts/cienciaeducacion/9194603/Maquinas-DC.html
