Principios básicos de los motores de corriente alterna
Manual de trabajo
Con CD-ROM
L1 N
PE
CB
CA
U1
U2 n
M 1
Z2
Z1
1500 I
2 P
n
n
= f [M ]
1/min 1300 1200
220
2.2
1100
W
A
1000
180
1.8
900
160
1.6
800
140
1.4
700
120
1.2
600
100
1.0
500
80
0.8
400
60
0.6
300
40
0.4
200
20
0.2
100
P2 = f [M ]
0
0 .1 .1
.3 0 .2 .2 0 .3
0 .4 .4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 .9 .9
1 .0 .0
I
= f [M ]
Nm
1. 2
M
Festo Didactic 571793 es
Referencia:
571793
Datos actualizados en:
06/2011
Autores:
Jürgen Stumpp
Redacción:
Frank Ebel
Diseño gráfico:
Jürgen Stumpp, Thomas Ocker
Maquetación:: Maquetación
08/2011, Frank Ebel, Susanne Durz
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, D-73770 Denkendorf, 2013 Internet: www.festo-didact www.festo-didactic.com ic.com E-Mail:
[email protected] [email protected] m El comprador adquiere un derecho de utilización limitado sencillo, no excluyente, sin limitación en el tiempo, aunque limitado geográficamente geográficamente a la utilización en su lugar / su sede. El comprador tiene el derecho de utilizar el contenido de la obra con fines de capacitación de los empleados de su empresa, así como el derecho de copiar partes del contenido con el propósito de crear material didáctico propio a utilizar durante los cursos de capacitación de sus empleados localmente en su propia empresa, aunque siempre indicando la fuente. En el caso de escuelas / universidades y centros de formación profesional, el derecho de utilización aquí definido también se aplica a los escolares, participantes en cursos y estudiantes de la institución receptora. En todos los casos se excluye el derecho de publicación, así como la inclusión y utilización en Intranet e Internet o en plataformas LMS y bases de datos (por ejemplo, Moodle), que permitirían el acceso a una cantidad no definida de usuarios que no pertenecen al lugar del comprador. Los derechos de entrega a terceros, multicopiado, procesamiento, traducción, microfilmación, traslado, inclusión en otros documentos y procesamiento por medios electrónicos requieren de la autorización previa y explícita de Festo Didactic GmbH & Co. KG.
Referencia:
571793
Datos actualizados en:
06/2011
Autores:
Jürgen Stumpp
Redacción:
Frank Ebel
Diseño gráfico:
Jürgen Stumpp, Thomas Ocker
Maquetación:: Maquetación
08/2011, Frank Ebel, Susanne Durz
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, D-73770 Denkendorf, 2013 Internet: www.festo-didact www.festo-didactic.com ic.com E-Mail:
[email protected] [email protected] m El comprador adquiere un derecho de utilización limitado sencillo, no excluyente, sin limitación en el tiempo, aunque limitado geográficamente geográficamente a la utilización en su lugar / su sede. El comprador tiene el derecho de utilizar el contenido de la obra con fines de capacitación de los empleados de su empresa, así como el derecho de copiar partes del contenido con el propósito de crear material didáctico propio a utilizar durante los cursos de capacitación de sus empleados localmente en su propia empresa, aunque siempre indicando la fuente. En el caso de escuelas / universidades y centros de formación profesional, el derecho de utilización aquí definido también se aplica a los escolares, participantes en cursos y estudiantes de la institución receptora. En todos los casos se excluye el derecho de publicación, así como la inclusión y utilización en Intranet e Internet o en plataformas LMS y bases de datos (por ejemplo, Moodle), que permitirían el acceso a una cantidad no definida de usuarios que no pertenecen al lugar del comprador. Los derechos de entrega a terceros, multicopiado, procesamiento, traducción, microfilmación, traslado, inclusión en otros documentos y procesamiento por medios electrónicos requieren de la autorización previa y explícita de Festo Didactic GmbH & Co. KG.
Índice Utilización debida y convenida _____________________________________________________________ V Prólogo _______________________________ ________________________________________________________________ _______________________________________________ ______________ VI Introducción ____________________________________________________________________________ VIII Indicaciones de seguridad y utilización ______________________________________________________ IX Equipo didácitco "Principios básicos de los motores de corriente corriente alterna" __________________________ X Objetivos didácticos____________________________ ______________________________________________________________ ___________________________________________ _________ XI Atribución de los ejercicios ejercicios en función de objetivos objetivos didácticos ___________________________________ XIII X III Componentes ___________________________________________________________________________ XV Informaciones para el instructor instructor ____________________________________ ___________________________________________________________ _______________________ XVII Estructura de los ejercicios ejercicios __________________________________________________ _____________ __________________________________________________ _____________ XVIII Denominación de los componentes componentes _______________________________ ________________________________________________________ _________________________ XVIII Contenido del CD-ROM _______________________________ ________________________________________________________________ ____________________________________ ___ XIX
Ejercicios y soluciones Motores de corriente alterna ________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________3 3 Ejercicio 1: Principios básicos básicos del motor monofásico de corriente corriente alterna alterna con rotor rotor en cortocircuito cortocircuito (motor con condensador) _________________________________ _________________________________________________________ ________________________5 5 Ejercicio 2: Motor monofásico monofásico de corriente corriente alterna alterna con rotor en cortocircuito cortocircuito (motor con condensador) condensador) sometido a diversas__________________________________ ______________________________________ ____ 13 Ejercicio 3: Motor monofásico monofásico con rotor rotor en cortocircuito: cortocircuito: mediciones con con el software software________________ 23 Motores de corriente continua continua y motores monofásicos de corriente corriente alterna _________________________ 37 Ejercicio 4: Principios básicos del motor universal __________________________________ __________ 39 Ejercicio 5: Motor universal universal sometido a diversas diversas cargas cargas__________________________________ ________________________________________ ______ 45 Ejercicio 6: 6: Motor universal universal sometido sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab ________ 53
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III
Ejercicios y hojas de trabajo Motores de corriente alterna ______________________________________________________________ ___3 Ejercicio 1: Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensad condensador) or) __________________________________ __________________________________________________________ ________________________5 5 Ejercicio 2: Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) condensador) sometido a diversas cargas_________________________________ 13 Ejercicio 3: Motor monofásico con rotor en cortocircuito: cortocircuito: mediciones con el software _________________ 23 Motores de corriente continua, continua, motores monofásicos de corriente corriente alterna __________________________ 37 Ejercicio 4: Principios básicos del motor universal _________________________________ ___________ 39 Ejercicio 5: Motor universal universal sometido a diversas diversas cargas cargas_________________________________ ________________________________________ _______ 45 Ejercicio 6: 6: Motor universal universal sometido sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab ________ 53
IV
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Uso apropiado El equipo didáctico "Principios básicos de motores de corriente alterna" deberá utilizarse únicamente cumpliendo las siguientes condiciones:
Utilización apropiada y convenida en cursos de formación y perfeccionamiento profesional
Utilización en perfecto estado técnico
Los componentes del conjunto didáctico cuentan con la tecnología más avanzada actualmente disponible y cumplen las normas de seguridad. A pesar de ello, si se utilizan indebidamente, es posible que surjan peligros que pueden afectar al usuario o a terceros o, también, provocar daños en el sistema. El sistema para la enseñanza de Festo Didactic ha sido concebido exclusivamente para la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de sistemas y técnicas de automatización industrial. La empresa u organismo encargados de impartir las clases y/o los instructores deben velar por que los estudiantes/aprendices respeten las indicaciones de seguridad que se describen en el presente manual. Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por lesiones sufridas por el instructor, por la empresa u organismo que ofrece los cursos y/o por terceros, si la utilización del presente conjunto de aparatos se realiza con propósitos que no son de instrucción, a menos que Festo Didactic haya ocasionado dichos daños premeditadamente o de manera culposa.
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V
Prólogo El sistema de enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo se rige por diversos planes de estudios y exigencias que plantean las profesiones correspondientes. En consecuencia, los equipos didácticos están clasificado según los siguientes criterios:
Conjuntos didácticos de orientación tecnológica
Mecatrónica y automatización de procesos de fabricación
Automatización de procesos continuos y técnica de regulación
Robótica móvil
Equipos didácticos híbridos
El sistema para enseñanza de la técnica de automatización se actualiza y amplía regularmente, a la par que avanzan los métodos utilizados en el sector didáctico y se introducen nuevas tecnologías en el sector industrial. Los equipos didácticos técnicos abordan los siguientes temas: neumática, electroneumática, hidráulica, electrohidráulica, hidráulica proporcional, controles lógicos programables, sensores, electrotecnia, electrónica y actuadores eléctricos.
Los equipos didácticos tienen una estructura modular, por lo que es posible dedicarse a aplicaciones que rebasan lo previsto por cada uno de los equipos didácticos individuales. Por ejemplo, es posible trabajar con controles lógicos programables para actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos.
VI
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Todos los conjuntos didácticos incluyen lo siguiente:
Hardware (equipos técnicos)
Material didáctico
Seminarios
Hardware (equipos técnicos) El hardware incluye componentes y equipos industriales que han sido adaptados para fines didácticos. La selección de componentes de los equipos didácticos y su ejecución se realiza específicamente según los proyectos previstos para cada nivel.
Material didáctico Los medios relacionados con cada tema se clasifican en teachware (material didáctico) y software. El «teachware» orientado hacia la práctica, incluye lo siguiente:
Libros técnicos y libros de enseñanza (publicaciones estándar para la adquisición de conocimientos de carácter fundamental).
Manuales de trabajo (con ejercicios prácticos, informaciones complementarias y soluciones modelo)
Diccionarios, manuales, publicaciones técnicas (profundizan los temas técnicos)
Transparencias para proyección y vídeos (para crear un entorno de estudio ilustrativo y activo)
Pósters (para la representación esquematizada de temas técnicos)
El software incluye programas para las siguientes aplicaciones:
Programas didácticos digitales (temas de estudio preparados didácticamente, aprovechando diversos medios digitalizados)
Software de simulación
Software de visualización
Software para la captación de datos de medición
Software para diseño de proyectos y construcción
Software de programación para controles lógicos programables
Los medios de estudio y enseñanza se ofrecen en varios idiomas. Fueron concebidos para la utilización en clase, aunque también son apropiados para el estudio autodidacta.
Seminarios Los contenidos que se abordan mediante los equipos didácticos se completan mediante una amplia oferta de seminarios para la formación y el perfeccionamiento profesional.
¿Tiene alguna sugerencia o desea expresar una crítica en relación con el presente manual? Envíe un e-mail a:
[email protected] Los autores y Festo Didactic están interesados en conocer su opinión.
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VII
Introducción El presente manual de trabajo forma parte del sistema para la enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo Didactic GmbH & Co. KG. El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamiento profesional de carácter práctico. El equipo didáctico TP 1410 "Sistema de servomotor y freno" aborda los siguientes temas:
Principios básicos de los motores de corriente continua
Principios básicos de los motores de corriente alterna
Principios básicos de los motores trifásicos
El manual de trabajo "Principios básicos de motores de corriente alterna" ofrece una introducción al tema de los motores eléctricos con conexión a corriente alterna. Los motores de corriente alterna están muy presentes en nuestra vida cotidiana, ya que se utilizan en grandes cantidades en electrodomésticos y en herramientas de mano eléctricas. Se explican la construcción, las conexiones y las aplicaciones de estos motores. Los motores se exponen a situaciones muy diferentes de carga para explotar al máximo sus posibilidades de experimentación. Para el montaje deben cumplirse las siguientes condiciones técnicas:
Un puesto de laboratorio equipado con un bastidor A4
El conjunto didáctico TP 1410 con sistema de servomotor y freno
Conexión a la red de 230 V AC
Un motor universal
Un motor monofásico con condensador
Componentes para el accionamiento de las máquinas eléctricas
Cables de seguridad de laboratorio
Para solucionar las tareas de los 6 ejercicios se necesitan los componentes indluidos en el conjunto TP 1410 y los motores de corriente alterna. La teoría necesaria para entender los ejercicios consta en el manual titulado
"Teoría para profesiones del sector eléctrico" (referencia 567297).
Además, se ofrecen hojas de datos correspondientes a todos los componentes (motor universal, motor con condensador, etc.).
VIII
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Indicaciones de seguridad y utilización
Informaciones generales
Los estudiantes únicamente podrán trabajar con los equipos en presencia de un instructor.
Lea detenidamente las hojas de datos correspondientes a cada uno de los componentes y respete especialmente las respectivas indicaciones de seguridad.
Los fallos que podrían mermar la seguridad no deberán ocasionarse durante las clases y deberán eliminarse de inmediato.
Parte mecánica
Incluya todos los componentes necesarios en el bastidor A4.
Respete las indicaciones sobre el posicionamiento de los componentes.
Parte eléctrica
Poner en funcionamiento el sistema de servomotor y freno únicamente con un cable adicional de seguridad adicional.
Output
L1 DC+
L2
L3/N DC-
Input
PE
PE
El termostato del motor siempre deberá conectarse a la entrada "Motor " del banco de pruebas.
Las conexiones eléctricas únicamente deberán conectarse y desconectarse sin tensión.
Utilizar únicamente cables eléctricos provistos de conectores de seguridad.
Al desconectar los cables, tire únicamente de los conectores de seguridad, nunca de los cables.
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IX
Equipo didácitco "Principios básicos de los motores de corriente alterna" Esta parte del conjunto didáctico TP 1410 fue concebido para ofrecer informaciones sobre los fundamentos de motores de corriente alterna. Algunos componentes del equipo didáctico TP 1410 también pueden formar parte del contenido de otros equipos didácticos.
Componentes principales del TP 1410
Puesto de trabajo fijo con bastidor A4
Conjuntos de componentes o componentes individuales (motor universal, motor con condensdor)
Cables de laboratorio de seguridad
Instalaciones de laboratorio completas
Material didáctico El material didáctico del equipo didáctico TP 1410 incluye tres manuales de trabajo. Los manuales de trabajo incluyen las hojas de ejercicios, las soluciones y un CD-ROM. Cada manual de trabajo se entrega con las hojas de ejercicios y de trabajo correspondientes a cada tarea a resolver. El equipo didáctico se entrega con hojas de datos correspondientes a los componentes del hardware. Material didáctico Manuales de trabajo
Fundamentos de motores de corriente continua Fundamentos de motores de corriente alterna Fundamentos de motores trifásicos
Programas de estudio digitalizados
WBT (curso a través de la red) motores eléctricos 1 WBT (curso a través de la red) motores eléctricos 2
Cuadro general de los medios correspondientes al equipo didáctico TP 1410
Software didáctico correspondiente al conjunto TP 1410: programas de estudio "Motores eléctricos 1" y "Motores eléctricos 2". Estos programas didácticos ofrecen explicaciones exhaustivas sobre los fundamentos de los motores eléctricos. Los contenidos didácticos abordan estos temas de modo sistemático y recurriendo a ejemplos reales. Los materiales didácticos disponibles constan en los catálogos y en Internet. Los equipos didácticos de la tecnología de la automatización industrial se actualizan y amplían constantemente. Los juegos de transparencias, las películas, los CD-ROM y DVD, los programas y otros medios didácticos se ofrecen en diversos idiomas.
X
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Objetivos didácticos Principios básicos del funcionamiento de motores monofásicos de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
El estudiante conocerá básicamente el funcionamiento de los motores con condensador.
El estudiante conocerá la placa base de conexiones del motor con todas sus denominaciones.
El estudiante conocerá los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento.
El estudiante conocerá las conexiones a efectuar en el reglón de bornes para giro horario y antihorario del motor.
El estudiante conocerá las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor.
El estudiante sabrá cómo controlar el rendimiento característico efectuando mediciones y cálculos con el motor en funcionamiento sin carga y con carga nominal.
El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab.
El estudiante sabrá cómo confeccionar el circuito de medición necesario para medir las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga.
El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas.
El estudiante sabrá efectuar los cálculos necesarios para obtener los valores que faltan en la tabla correspondiente.
El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga.
El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga.
El estudiante podrá realizar los cálculos necesarios para obtener los valores correspondientes a la potencia reactiva, al grado de eficiencia y al factor de potencia.
El estudiante podrá confeccionar un diagrama recurriendo a los valores calculados.
El estudiante podrá evaluar el diagrama.
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XI
Principios básicos de los motores de corriente alterna – Motor universal
El estudiante podrá explicar qué es un motor universal.
El estudiante sabrá lo que son las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del induct
or de un motor universal.
El estudiante podrá evaluar los valores de resistencia del inducido y del inductor.
El estudiante conocerá el problema que tiene el motor universal al funcionar sin carga.
El estudiante conocerá la construcción del inducido de un motor universal.
El estudiante conocerá la forma de invertir el sentido de giro de un motor universal.
El estudiante conocerá la forma de modificar la velocidad de giro de un motor universal.
El estudiante podrá ofrecer ejemplos de aplicaciones de motores universales.
El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab.
El estudiante conocerá el el significado de los valores que aparecen en la placa de identificación de un motor eléctrico.
El estudiante sabrá cómo confeccionar el circuito de medición necesario para medir las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga.
El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas.
El estudiante podrá efectuar los cálculos necesarios para obtener los valores que faltan en la tabla correspondiente.
El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga.
El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga.
Utilización del sistema de servomotor y freno y del software DriveLab
El estudiante sabrá utilizar el sistema de servomotor y freno y el software DriveLab.
El estudiante sabrá cómo conectar y poner en funcionamiento los motores con el sistema de servomotor y freno y el software DriveLab.
El estudiante conocerá la interfaz de usuario del software DriveLab.
El estudiante sabrá seleccionar y modificar las magnitudes de medición en los ejes X e Y.
El estudiante sabrá cómo modificar el color y el estilo de las curvas de medición.
El estudiante sabrá cómo ajustar la velocidad de giro y el momento de giro desde el ordenador.
El estudiante sabrá como preparar e iniciar un proceso de medición desde el ordenador.
Utilizando el ordenador, el estudiante sabrá cómo obtener las líneas características del motor sometido a carga y podrá confeccionar la documentación correspondiente.
XII
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Atribución de ejercicios en función de objetivos didácticos Ejercicio
1
2
3
4
5
6
Objetivo didáctico El estudiante conocerá básicamente el funcionamiento de los motores con condensador.
•
El estudiante conocerá la placa base de conexiones del motor con todas sus denominaciones.
•
El estudiante conocerá los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina
•
secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento. El estudiante conocerá las conexiones a efectuar en el reglón de bornes para giro horario y antihorario del motor. El estudiante conocerá las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. El estudiante sabrá cómo controlar el rendimiento característico efectuando mediciones y cálculos con el motor en funcionamiento sin carga y con carga nominal.
• • •
El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab.
•
El estudiante sabrá cómo confeccionar el circuito de medición necesario para medir las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga.
•
El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas.
•
El estudiante sabrá efectuar los cálculos necesarios para obtener los valores que faltan en la
•
tabla correspondiente. El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga.
•
El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a
•
carga. El estudiante podrá realizar los cálculos necesarios para obtener los valores correspondientes a la potencia reactiva, al grado de eficiencia y al factor de potencia.
•
El estudiante podrá confeccionar un diagrama recurriendo a los valores calculados.
•
El estudiante podrá evaluar el diagrama.
•
El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab.
•
El estudiante podrá conectar y poner en funcionamiento el motor con condensador utilizando el
•
banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante podrá conectar y poner en funcionamiento el motor universal utilizando el banco
•
•
de pruebas y el software DriveLab. El estudiante conocerá la interfaz de usuario del software de programación DriveLab.
•
•
El estudiante sabrá seleccionar y modificar las magnitudes de medición en los ejes X e Y.
•
•
El estudiante sabrá cómo modificar el color y el estilo de las curvas de medición.
•
•
El estudiante sabrá cómo ajustar la velocidad de giro y el momento de giro desde el ordenador.
•
•
El estudiante sabrá como preparar e iniciar un proceso de medición desde el ordenador.
•
•
El estudiante sabrá cómo incluir un motor nuevo en la biblioteca de motores.
•
•
Utilizando el ordenador, el estudiante sabrá cómo obtener las lí neas características del motor
•
•
sometido a carga y podrá confeccionar la documentación correspondiente.
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XIII
Ejercicio
1
2
3
4
5
6
Objetivo didáctico El estudiante podrá explicar qué es un motor universal.
•
El estudiante sabrá lo que son las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del
•
inductor de un motor universal. El estudiante podrá evaluar los valores de resistencia del inducido y del inductor.
•
El estudiante conocerá el problema que tiene el motor universal al funcionar sin carga.
•
El estudiante conocerá la construcción del inducido de un motor universal.
•
El estudiante conocerá la forma de invertir el sentido de giro de un motor universal.
•
El estudiante conocerá la forma de modificar la velocidad de giro de un motor universal.
•
El estudiante podrá ofrecer ejemplos de aplicaciones de motores universales.
•
El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab.
•
El estudiante conocerá el el significado de los valores que aparecen en la placa de
•
identificación de un motor eléctrico. El estudiante sabrá cómo confeccionar el circuito de medición necesario para medir las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas.
•
El estudiante podrá efectuar los cálculos necesarios para obtener los valores que faltan en la
•
tabla correspondiente. El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga.
XIV
•
• •
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Componentes Utilizando los componentes contenidos en el equipo didáctico "Principios básicos de motores eléctricos de corriente alterna" el estudiante adquiere conocimientos sobre la construcción, las conexiones y las aplicciones de motores de corriente alterna. Para que los circuitos funcionen, se necesita adicionalmente el puesto de trabajo de laboratorio (opcionalmente con bastidor A4), el conjunto didáctico TP 1410 "Sistema de servomotor y freno", una conexión a corriente alterna de 230 V y los sistemas de accionamiento de las máquinas eléctricas.
Equipo didáctico TP 1410 "Sistema de servomotor y freno" Componente
Referencia
Cantidad
Sistema de servomotor y freno
571870
1
Máquinas eléctricas "Principios básicos de los motores de corriente alterna" Componente
Referencia
Cantidad
Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
571871
1
Motor universal
571872
1
Componente
Referencia
Cantidad
Alimentación de corriente trifásica para EduTrainer
571812
1
Fuente de alimentación de 24 V para Edutrainer
571813
1
Tablero de contactores, EduTrainer
571814
1
Juego de contactores (técnica de motores)
571816
1
Unidad de control e indicación, EduTrainer
571815
1
Sistemas de accionamiento de máquinas eléctricas
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XV
Símbolos de los componentes Componente
Símbolo gráfico
Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
M 1
Motor universal
M
XVI
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Informaciones para el instructor Objetivos didácticos La meta didáctica general del presente manual de trabajo consiste en que el estudiante conozca los principios básicos del funcionamiento de motores eléctricos de corriente alterna. La interacción directa entre la teoría y la práctica segura un rápido y sostenible progreso de los estudios. Los objetivos detallados constan en la lista anterior correspondiente. Los objetivos didácticos concretos e individuales están relacionados con cada ejercicios específico.
Duración aproximada El tiempo necesario para desarrollar los ejercicios depende de los conocimientos previos de los alumnos. Con aprendices/estudiantes del sector de electricidad: aprox. 3 días. Con operarios con nivel de capacitación de oficiales o estudiantes de mayor nivel: aprox. 1 día.
Componentes El contenido del manual de trabajo y los componentes se corresponden. Para solucionar las tareas de los ejercicios 1 hasta 3 se necesita un motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador). Para solucionar las tareas 4 hasta 6 se necesita un motor universal.
Las normas En el presente manual de trabajo se aplican las siguientes normas: EN 60617-2 hasta EN 60617-8:
Símbolos gráficos para esquemas de distribución
EN 81346-2:
Sistemas industriales, equipos, máquinas y productos industriales; principios de estructuración e identificaciones de referencia
Identificaciones utilizadas en el manual de trabajo Los textos con las soluciones y las informaciones complementarias en las representaciones gráficas aparecen en color rojo.
Identificaciones utilizadas en la colección de ejercicios Las partes que deben completarse en los textos aparecen marcadas con líneas o con celdas sombreadas en las tablas. Las gráficas que deben completarse están identificadas mediante un fondo matricial.
Sugerencias para las clases Aquí se ofrecen informaciones adicionales sobre cada componente y circuito. Estas informaciones no aparecen en las hojas de trabajo.
Especialidades de estudio A continuación se establece una relación entre las especialidades técnicas / profesiones y los temas incluidos en el manual "Principios básicos de motores eléctricos de corriente alterna".
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XVII
Profesión
Tema
Electrónico especializado en
Analizar sistemas electrotécnicos y comprobar las funciones
técnicas de automatización
Analizar y adaptar sistemas de control Analizar equipos y comprobar su seguridad
Mecatrónico
Instalar aparatos eléctricos considerando aspectos de seguridad Analizar flujos de energía y transmisión de datos en módulos eléctricos, neumáticos e hidráulicos Crear sistemas parciales de mecatrónica Poner en funcionamiento, localizar de fallos y r ealizar reparaciones
Estructura de los ejercicios La estructura metódica es la misma para todos los 6 ejercicios. Los ejercicios están estructurados de la siguiente manera:
Título
Objetivos didácticos
Descripción de la tarea a resolver
Esquema de situación
Finalidad del proyecto
Medios auxiliares
Hojas de ejercicios
El manual de trabajo contiene las soluciones de las tareas incluidas en las hojas de trabajo.
Denominación de los componentes La denominación de los componentes incluidos en los esquemas se ha establecido conforme a la norma DIN EN 81346-2. Dependiendo del componente específico, se agregan letras de identificación. Si un circuito incluye varios componentes iguales, éstos están numerados correlativamente.
XVIII
Relés:
K, K1, K2, …
Pulsadores y conmutadores:
S, S1, S2, …
Contactores:
Q, Q1, Q2, …
Fusibles:
F, F1, F2, ...
Equipos de señales:
P, P1, P2, ...
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Contenido del CD-ROM El manual de trabajo está incluido en el CD-ROM adjunto en forma de archivo de formato pdf. El CD-ROM del presente equipo didáctico incluye material didáctico complementario. Estructura del contenido del CD-ROM:
Instrucciones de utilización
Imágenes
Hojas de datos
Instrucciones de utilización Instrucciones para la utilización apropiada de los diversos componentes incluidos en el equipo didáctico. Estas instrucciones son útiles al efectuar el montaje y poner en funcionamiento los componentes respectivos.
Imágenes Mediante fotografías y representaciones gráficas se muestran aplicaciones industriales reales. Estas imágenes pueden aprovecharse para entender mejor la tarea a resolver en cada ejercicio. Además, pueden utilizarse para ampliar y completar la presentación de proyectos.
Hojas de datos Las hojas de datos de los componentes constan en archivos de formato PDF.
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XIX
XX
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Índice Ejercicios y soluciones Motores de corriente alterna ______________________________________________________________ ___3 Ejercicio 1: Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) __________________________________________________________5 Ejercicio 2: Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) sometido a diversas cargas_________________________________ 13 Ejercicio 3: Motor monofásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software _________________ 23 Motores de corriente continua, motores monofásicos de corriente alterna __________________________ 37 Ejercicio 4 – Principios básicos del motor universal _____________________________________________ 39 Ejercicio 5: Motor universal sometido a diversas cargas _________________________________________ 45 Ejercicio 6: Motor universal sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab _________ 53
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Motores de corriente alterna
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Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) Objetivos didácticos Una vez realizado este ejercicio, el estudiante habrá alcanzado las siguientes metas didácticas:
El estudiante conocerá básicamente el funcionamiento de los motores con condensador.
El estudiante conocerá la placa base de conexiones del motor con todas sus denominaciones.
El estudiante conocerá los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento.
El estudiante conocerá las conexiones a efectuar en el reglón de bornes para giro horario y antihorario del motor.
El estudiante conocerá las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor.
El estudiante sabrá cómo controlar el rendimiento característico efectuando mediciones y cálculos con el motor en funcionamiento sin carga y con carga nominal.
Descripción de la tarea a resolver Para el funcionamiento de un compresor de aire se dispone únicamente de tensión monofásica alterna de 230 V (L1 y N). Considerando que el compresor será difícil de poner en funcionamiento, se utilizará un motor eléctrico con condensador de arranque y condensador de funcionamiento. Primero deberá verificarse si el motor disponible es apropiado para este fin. Deberá dejarse constancia documentada de este trabajo de verificación.
Compresor de aire
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
Tareas a resolver 1. Describa el funcionamiento del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 2. Complete las denominaciones de la placa base de conexiones del motor eléctrico. 3. Complete los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento. 4. Complete el esquema con función de giro horario y antihorario del motor eléctrico. 5. Complete las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. 6. Efectúe las mediciones y los cálculos necesarios para comprobar los datos que constan en la placa de identificación del motor en funcionamiento sin carga y con carga.
Medios auxiliares
6
Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos
Extractos de los catálogos de los fabricantes de los componentes
Hojas de datos
Manual del sistema de servomotor y freno
Internet
WBT (curso a través de la red): actuadores eléctricos 1
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
1. Funcionamiento básico del motor con condensador a) Describa la construcción de un motor con condensador. U1
U2
M 1
Z2
Z1
Motor con condensador – Configuración básica de las dos bobinas
El cuerpo del estator contiene dos devanados, dispuestos en 90° entre sí. Se trata de la bobina principal con las denominaciones U1 y U2. Esta bobina ocupa 2/3 de las ranuras del estator. La bobina auxiliar con las denominaciones Z1 y Z2 ocupa las demás ranuras. Dependiendo de las condiciones de puesta en funcionamiento, el motor monofásico puede tener un condensador de arranque y un condensador de funcionamiento.
b) Describa el funcionamiento de un motor con condensador. Para obtener el desfase entre las dos bobinas y, en consecuencia, un campo de giro, es necesario conectar en serie una capacitancia en relación con la bobina auxiliar. En el caso del motor monofásico con condensador de funcionamiento, la bobina auxiliar con el condensdor conectado en serie siempre se mantiene excitada. Si las condiciones para la puesta en marcha son difíciles, se conecta un condensador de arranque en paralelo al condensador de funcionamiento. El condensador de arranque se desconecta automáticamente mediante un interruptor centrífugo.
c)
¿Qué función tiene el condensador de funcionamiento? Con el condensador C B el motor funciona con menos vibraciones y su nivel de rendimiento es mayor. La capacitancia del condensador de funcionamiento debería seleccionarse de tal manera que no se caliente demasiado el devanado auxiliar. La capacitancia del condensador de funcionamiento debería absorber aproximadamente 1 kvar de potencia reactiva por kilovatio de potencia del motor.
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
d) ¿Qué función tiene el condensador de arranque? Con el fin de aumentar el momento de arranque del motor, es necesario aumentar también la capacitancia del condensador. Para aumentar la capacitancia se conecta en paralelo un condensador de arranque C A. El condensador de arranque se desconecta automáticamente mediante un interruptor centrífugo una vez que se puso en marcha el motor. De esta manera no se calienta el devanado auxiliar.
2. Placa base del motor –
Denomine cada una de las conexiones de la placa base del motor eléctrico con condensador.
U1
U2
Z1
Z2
Devanado principal, conexiones U1 y U2
Devanado auxiliar, conexiones Z1 y Z2
Condensador de arranque, conexiones C A y CA CB
CB
Condensador de funcionamiento, conexiones C B y CB
Interruptor centrífugo, conexiones 11 y 12
Contro de la temperatura del motor, conexiones 21 y 22
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
3. Circuitos del motor con condensador, incluyendo la bobina principal, la bobina secundria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento –
Complete los circuitos del motor.
L1
N
PE
CB
CA
U1
U2 n Z2
M 1
Z1
4. Conexiones para giro horario y antihorario del motor –
Complete el esquema con función de giro horario y antihorario.
L1
L1
N
N
PE
PE
U1
Z1
U1
Z1
Z2
U2
Z2
U2
CB
CA
U1
CB U1
U2
U2 n
M 1
CA
Z2
Z1
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n
M 1
Z2
Z1
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
5. Circuitos de medición para controlar el rendimiento del motor según sus características indicadas a) Complete las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. Efectúe el montaje de los circuitos y ponga en funcionamiento el motor.
L1
N
PE
-P1
V
-P2
A
-P3
W
CB
CA
U1
U2 n
-A1.1
-M1
M 1
n
Z2
Z1
Cantidad
Identificación
Denominación
1
-M1
Motor monofásico con condensador
2
-P1, -P2
Multímetro digital
1
-P3
Medidor monofásico de potencia
1
-A1.1
Banco de pruebas, sistema de servomotor y freno
Lista de componentes
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
b) Efectúe el montaje según el esquema. –
Utilice el motor con condensador de 230 V, referencia 571872.
6. Control del rendimiento característico mediante mediciones y cálculos a) Para realizar las mediciones debe conectarse el motor al banco de pruebas. A continuación se conecta el banco de pruebas, pero éste no está conectado al ordenador. Entonces se pone en funcionamiento el motor.
b) Primero se miden los valores con el motor en funcionamiento sin carga. Incluya los valores medidos en la columna "Sin carga" de la tabla.
c)
Al efectuar las mediciones con el motor en funcionamiento con carga nominal, se aplica la carga correspondiente con el banco de pruebas hasta alcanzarse la crga nominal (ver placa con indicación de la potencia). A continuación deberán leerse los valores correspondientes. Incluya los valores medidos en la columna "Carga nominal" de la tabla. Sin carga (reposo)
Carga nominal
U [V]
228
228
[A]
1,2
1,86
[W]
216
352
[rpm]
1480
1400
I
P
n
d) Recurriendo a los valores medidos sin carga y con carga nominal que constan en la tabla, calcule los valores correspondientes a la potencia aparente, al factor de potencia y a la potencia reactiva.
Sin carga (reposo) La potencia aparente S :
S U I 228 V 1,2 A = 274 VA
El factor de potencia cos φ:
cos
La potencia reactiva Q:
Q S sin 274 VA 0,63 = 173 var
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P S
216 W = 0,78 274 VA
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
Carga nominal La potencia aparente S:
S U I 228 V 1,86 A = 424 VA
El factor de potencia cos φ:
cos
La potencia reactiva Q:
Q S sin 424 VA 0,56 = 237 var
P S
352 W = 0,83 424 VA
Control de la capacitancia de C A Valores medidos:
U = 230 V I = 1,75 A
La reactancia X C:
X C
La capacitancia C :
C
U C I C
230 V = 131,42 Ω 1,75 A
1 2 f X C
1 2 50 s-1 131,42 Ω
= 24,2 μF
Control de la capacitancia de CB Valores medidos:
U = 220 V I = 0,7 A
12
La reactancia X C:
X C
La capacitancia C :
C
U C I C
220 V = 314,28 Ω 0,7 A
1 2 f X C
1 2 50 s-1 314,28 Ω
= 10,13 μF
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Índice Ejercicios y soluciones Motores de corriente alterna ______________________________________________________________ ___3 Ejercicio 1: Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) __________________________________________________________5 Ejercicio 2: Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) sometido a diversas cargas_________________________________ 13 Ejercicio 3: Motor monofásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software _________________ 23 Motores de corriente continua y motores monofásicos de corriente alterna _________________________ 37 Ejercicio 4 – Principios básicos del motor universal _____________________________________________ 39 Ejercicio 5: Motor universal sometido a diversas cargas _________________________________________ 45 Ejercicio 6: Motor universal sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab _________ 53
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Motores de corriente alterna
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Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) Objetivos didácticos Una vez realizado este ejercicio, el estudiante habrá alcanzado las siguientes metas didácticas:
El estudiante conocerá básicamente el funcionamiento de los motores con condensador.
El estudiante conocerá la placa base de conexiones del motor con todas sus denominaciones.
El estudiante conocerá los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento.
El estudiante conocerá las conexiones a efectuar en el reglón de bornes para giro horario y antihorario del motor.
El estudiante conocerá las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor.
El estudiante sabrá cómo controlar el rendimiento característico efectuando mediciones y cálculos con el motor en funcionamiento sin carga y con carga nominal.
Descripción de la tarea a resolver Para el funcionamiento de un compresor de aire se dispone únicamente de tensión monofásica alterna de 230 V (L1 y N). Considerando que el compresor será difícil de poner en funcionamiento, se utilizará un motor eléctrico con condensador de arranque y condensador de funcionamiento. Primero deberá verificarse si el motor disponible es apropiado para este fin. Deberá dejarse constancia documentada de este trabajo de verificación.
Compresor de aire
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
Tareas a resolver 1. Describa el funcionamiento del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 2. Complete las denominaciones de la placa base de conexiones del motor eléctrico. 3. Complete los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento. 4. Complete el esquema con función de giro horario y antihorario del motor eléctrico. 5. Complete las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. 6. Efectúe las mediciones y los cálculos necesarios para comprobar los datos que constan en la placa de identificación del motor en funcionamiento sin carga y con carga.
Medios auxiliares
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Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos
Extractos de los catálogos de los fabricantes de los componentes
Hojas de datos
Manual del sistema de servomotor y freno
Internet
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
1. Funcionamiento básico del motor con condensador a) Describa la construcción de un motor con condensador. U1
U2
M 1
Z2
Z1
Motor con condensador – Configuración básica de las dos bobinas
b) Describa el funcionamiento de un motor con condensador.
c)
¿Qué función tiene el condensador de funcionamiento?
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
d) ¿Qué función tiene el condensador de arranque?
2. Placa base del motor –
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Denomine cada una de las conexiones de la placa base del motor eléctrico con condensador.
U1
U2
Z1
Z2
CB
CB
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
3. Circuitos del motor con condensador, incluyendo la bobina principal, la bobina secundria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento –
Complete los circuitos del motor.
L1
N
PE
CA
CB U1
U2 n Z2
M 1
Z1
4. Conexiones para giro horario y antihorario del motor –
Complete el esquema con función de giro horario y antihorario.
L1
L1
N
N
PE
PE
U1
Z1
U1
Z1
Z2
U2
Z2
U2
CB
CA
U1
CB U1
U2
U2 n
M 1
CA
Z2
Z1
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n
M 1
Z2
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
5. Circuitos de medición para controlar el rendimiento del motor según sus características indicadas a) Complete las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. Efectúe el montaje de los circuitos y ponga en funcionamiento el motor.
L1
N
PE
V
A
W
CB
CA
U1
U2 n
M 1
n
Cantidad
Identificación
Z2
Z1
Denominación
1
Motor monofásico con condensador
2
Multímetro digital
1
Medidor monofásico de potencia
1
Banco de pruebas, sistema de servomotor y freno
Lista de componentes
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Ejercicio 1 – Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador)
b) Efectúe el montaje según el esquema. –
Utilice el motor con condensador de 230 V, referencia 571872.
6. Control del rendimiento característico mediante mediciones y cálculos a) Para realizar las mediciones debe conectarse el motor al banco de pruebas. A continuación se conecta el banco de pruebas, pero éste no está conectado al ordenador. Entonces se pone en funcionamiento el motor.
b) Primero se miden los valores con el motor en funcionamiento sin carga. Incluya los valores medidos en la columna "Sin carga" de la tabla.
c)
Al efectuar las mediciones con el motor en funcionamiento con carga nominal, se aplica la carga correspondiente con el banco de pruebas hasta alcanzarse la crga nominal (ver placa con indicación de la potencia). A continuación deberán leerse los valores correspondientes. Incluya los valores medidos en la columna "Carga nominal" de la tabla. Sin carga (reposo)
Carga nominal
U [V] [A]
I
[W]
P
[rpm]
n
d) Recurriendo a los valores medidos sin carga y con carga nominal que constan en la tabla, calcule los valores correspondientes a la potencia aparente, al factor de potencia y a la potencia reactiva.
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