Uso de instrumentos de medición eléctrica e instalación y operación de generadores y motores eléctricos
Manual Técnico para la(s) carrera(s): Profesional Técnico y Profesional Técnico-Bachiller Técnico-Bachiller en la carrera Electricidad Industrial
Uso de instrumentos de medición eléctrica e instalación y operación de generadores y motores eléctricos
Capítu Cap ítulo lo 1 Uso de instrumentos para medición de magnitudes eléctricas Capítu Cap ítulo lo 2 Instalación y operación de generado gene radores res y mot motores ores elé eléctr ctrico icoss
Índice Presentación
11
Introducción general
13
Capítulo 1. Uso de instrumentos para medición de magnitudes eléctricas.
15
Introducción.
17
Unidad 1 Identificación de los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas.
19
RAP* 1.1 Identifica los fundamentos de medición de diversas magnitudes eléctricas, mediante el cálculo y conversión de unidades de medida.
19
1.1.1 Fundamentos de medición de diversas magnitudes eléctricas.
19
1.1.2 Instrumentos de medición.
20
•Amperímetro. •Voltímetro. •Ohmímetro. •Multímetro. 1.1.3 Unidades de medición.
23
1.1.4 Instrumentos de medición de magnitudes eléctricas.
24
•Amperímetro. * RAP: Resultado de aprendizaje
•Voltímetro. •Ohmímetro. Unidad2.Medicióndemagnitudeseléctricasenequiposysistemas
31
eléctricos. RAP* 2.1 Identifica los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas, considerando su principio de funcionamiento.
31
2.1.1Magnitudeseléctricas.
31
2.1.2La“LeydeOhm”.
32
2.1.3 Instrumentos de medición básicos.
32
2.1.4 Instrumentos de medición especializados.
39
•Megger.
Capítulo 2 Instalación y operación de generadores y motores eléctricos.
59
Introducción.
61
Unidad 1. Identificación de los tipos de generadores y motores eléctricos.
63
1.1 RAP* Identifica los tipos de generadores eléctricos de acuerdo a su aplicación.
63
1.1.1Motoresygeneradoreseléctricos.
63
1.1.2 Tipos de generadores eléctricos.
64
1.1.3 Tipos de motores eléctricos.
68
•Motores de inducción. •Motores sincrónicos.
Unidad 2 Instalación de generadores y motores eléctricos.
73
2.1.1 Instalación de generadores eléctricos y motores eléctricos.
73
2.1 RAP* Instala generadores y motores eléctricos de acuerdo a las especificaciones del fabricante.
76
2.1.3 Instalación de motores eléctricos.
81
•Vibraciones.
Unidad3Operacióndegeneradoresymotoreseléctricos.
85
3.1RAP*Operageneradoresymotoreseléctricosdeacuerdoalas
85
recomendaciones del fabricante
3.1.1Operacióndegeneradoreseléctricos.
86
3.1.2Operacióndemotoreseléctricos.
105
Glosario.
180
Bibliografía.
185
Presentación Te invito a explorar este manual técnico que presenta un índice que te proporcionará un panorama general del contenido de cada capítulo. Al leerlo encontrarás un apoyo a tu aprendizaje. El manual contiene los temas más representativos en el desarrollo de tus competencias. Este material contiene actividades que te invitan a reflexionar, repasar, tomar decisiones, proponer innovaciones; en las prácticas pondrás a prueba tus conocimientos, que te ayudarán a identificar posibles problemas y soluciones. La autoevaluación te permitirá comprobar tu aprendizaje; tus respuestas las puedes verificar al término de cada capítulo o bien tendrás que volver a revisar los temas estudiados para encontrar la respuesta y así llegar a conocer la estructura del manual técnico. Lo anterior no se presenta en el índice porque es parte del contenido. Recuerda, tú eres quien decide si estás aprendiendo o no. El manual contiene lo esencial; por ello está conformado para que investigues y refuerces tu formación académica. En la última parte cuentas con un glosario que te ayudará a comprender la idea; puede estar al final del manual o intercalado en el texto. La bibliografía es el último apartado de este manual técnico. Bienvenido a este espacio del saber
Introducción general El manual técnico Uso de instrumentos de medición eléctrica e instalación y operación de generadores y motores eléctricos corresponde al núcleo de formación profesional de las carreras de Profesional Técnico (PT) y Profesional Técnico-Bachiller (PT-B) en Electricidad Industrial. Tiene como finalidad brindarte información para que emplees las técnicas y pruebas requeridas para identificar los instrumentos necesarios en la medición de parámetros necesarios en la operación de generadores y motores eléctricos. Se imparte en el tercer semestre. El campo laboral en el que puedes incursionar es en la industria de energía eléctrica y electrónica, así como la industria de generación de energía eléctricaydecontrolindustrialdemaquinaeléctricas. El manual está conformado por dos capítulos: El primero “Uso de instrumentos de medición de magnitudes eléctricas” y el segundo “Instalación y operación de generadores y motores eléctricos”. El primer capítulo te adentra a ir aprendiendo el empleo de los instrumentos de medición necesarios, para desarrollar las competencias que te permiten entender sus conceptos y la forma de medir las magnitudeseléctricasenequiposysistemaseléctricos. El segundo capítulo te permitirá aplicar los conocimientos aprendidos, a través de las habilidades adquiridas para llevar a cabo la instalación de generadores y motores eléctricos, considerando el procedimiento y las variaciones de acuerdo a su tipo y capacidad, así como también los fundamentos eléctricos que los rige, describiendolastécnicasdeoperacióndedichosgeneradoresymotoreseléctricos. La contribución de cada uno de los capítulos a tu perfil de egreso es significativa, ya que su estudio te permite cumplir con los requerimientos de producción, y realizar el trabajo de acuerdo con las especificaciones del proceso para cumplir con las necesidades establecidas por el cliente. La formación profesional PT y el PT-B está diseñada con un enfoque basado en el desarrollo de competencias profesionales, lo cual implica realizar trabajo con eficiencia y calidad, considerando que el conocimiento, actitudes, aptitudes, consistencia y, por ende, el compromiso genera calidad en las acciones; utilizas de manera constante métodos definidos, procedimientos escritos y detallados, documentación y medición, de acuerdo con los requerimientos del sector productivo y los indicadores del desarrollo tecnológico en el área industrial y comercial, así logras una actualización y mejora continua y garantizas la competitividad y excelencia en el campo profesional. Adquirir estas competencias fortalece tu formación integral y te prepara para comprender los procesos productivos en los que estarás involucrado para resolver problemas, tomar decisiones y desempeñarte en diferentes ambientes laborales con una actitud creadora, crítica, responsable y propositiva. Al estudiar este manual recuerda siempre que estás rodeado de compañeros y compañeras que te pueden ayudar a comprender mejor los contenidos. Es necesario que dediques un tiempo a la recapitulación de los aprendizajes logrados, con el propósito de verificar que alcanzaste los resultados deaprendizaje(RAP).
13
Capítulo 1
Capítulo 1 Uso de instrumentos de medición de magnitudes eléctricas Propósito Usar instrumentos de medición de magnitudes eléctricas, validando las mismas a través de la aplicación de procedimientos y recomendaciones del fabricante, para verificar el funcionamiento de equipos y sistemas eléctricos presentes en distintos ámbitos
15
Capítulo 1
Introducción El presente capítulo corresponde al núcleo de formación profesional, es de tipo específico y se imparte en el tercer semestre de la carrera de Profesional Técnico y Profesional Técnico-Bachiller en Electricidad Industrial, y su finalidad es que realices la instalación de generadores y motores eléctricos, considerando el procedimiento y las variaciones de instalación de acuerdo a su tipo y capacidad. Estecapítuloestáconformadoportresunidadesdeaprendizaje.Laprimera unidad aborda los fundamentos eléctricos que rigen a los generadores y motores eléctricos, así como los diferentes tipos de generadores y motores eléctricos, la segunda unidad considera las técnicas de instalación de generadores y motores eléctricos, de acuerdo con las especificaciones del fabricante y finalmente la tercera unidad, donde se describen las técnicas de operación de los generadores y motores eléctricos. Aquí aprenderás a desarrollar las competencias que te permitan instalar, manejar, operar, diagnosticar y proporcionar el mantenimiento de los diferentes equipos eléctricos necesarios en los procesos industriales, además de mejorar el funcionamiento de los diversos sistemas, validando la operación e instalación y de los diversos sistemas eléctricos, lo que te permitirá tomar diferentes decisiones durante la instalación, operación y mantenimientodelosequiposysistemaseléctricos.
17
Capítulo 1
Unidad 1 Identificación de los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas
1.1
RAP Identifica los fundamentos de medición de diversas magnitudes eléctricas, mediante el cálculo y conversión de unidades de medida 1.1.1 Fundamentos de medición de diversas magnitudes eléctricas Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmente diseñados según la naturaleza de la corriente, es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parámetros
devoltaje,tensióneintensidad. Decualquierforma,laclasificacióndelosinstrumentosdemedición se detalla en el esquema 1quetepresentamosacontinuación:
Clasificación Precisiónytipodetrabajo
Funcionalidad
Instrumentos de laboratorio
Instrumentos portátiles
Instrumentos de tablero
Instrumentos analógicos
Instrumentos digitales
Error porcentual entre 0 y 0,2%
Error porcentual entre 0,5 y 2,5%
Error porcentual entre 1,5 y 5%
Sistemadeagujayescalas
Pantalla de cuarzo u otro material de gran precisión
en la medición
Esquema 1
19
Capítulo 1
1.1.2 Instrumentos de medición. Los instrumentos de medición básicos son:
Amperímetro Es utilizado para llevar acabo las mediciones de
flujodecorrientecuyaunidaddemedidaesel ampere (A) y sus submúltiplos son el miliamperio
yelmicroamperio;esuninstrumentoquemidela intensidad de la Corriente Eléctrica.
Voltímetro Seempleapararealizarlamedicióndevoltajeso tensiones,suunidaddemedidaeselvolt(EoV), susmúltiplossonelmegavoltio(MV)yelkilovoltio (KV)ysussubmúltiplossonelmilivoltio(mV)yel microvoltio; este instrumento mide el valor de la tensión.
Ohmímetro Utilizado en la medición de resistencia eléctrica en dondelaunidaddemedidaeselOhm( Ω); este instrumento mide valores de resistencia eléctrica, su unidadbásicaeselOhm(Ω) y sus múltiplos son: el Kilo-Ohm(K Ω)yelMega-Ohm(MΩ).
Multímetro Tiene la capacidad de realizar la medición de
diferentesparámetroseléctricos,haydostipos: análogo y digital.
20
Capítulo 1
Práctica 1 Identifica los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas. Propósito:quepuedasreconocerlosinstrumentosdemediciónempleados en la medición de las magnitudes eléctricas.
Contenido teórico:debesrecordarquelosinstrumentosdemediciónson muy costosos y en ocasiones difíciles de sustituir, por lo que debes de asegurarte bien sobre el parámetro que vas a medir antes de conectar el instrumento y aplicar energía al circuito de prueba. Desarrollo: realiza el complemento del cuadro 1 (propuesto) donde
especifiques el tipo de instrumento a utilizar, de acuerdo a las unidades de medida de cada una de las magnitudes establecidas.
Material: ·Hojasblancas. · Lápiz. · Goma. · Cuadro 1 (propuesto). Procedimiento: · Identifica el tipo de instrumento de medición a utilizar, de acuerdo a la magnitud a medir. · Identifica las unidades de medida de las magnitudes en cada instrumento de medición.
Cuadro 1 de especificaciones Instrumento Magnitud
Unidad
Voltajeotensión
Resistencia
Flujodecorriente
21
Capítulo 1
Actividad 1 Sopa de letras Instrucciones: De cada una de las siguientes definiciones de instrumentos de medición y de unidades de medida eléctricas, localiza cada uno de ellos en la siguiente sopa de letras.
- Unidaddemedidaqueequivaleauna milésima parte de un ampere.
- Unidad de medida de la resistencia eléctrica.
- Unidad de medida de la diferencia de potencial.
- Instrumento utilizado para medir la diferenciadepotencialquealimentaa un circuito eléctrico.
- Unidaddemedidaqueequivaleauna milésima parte del volt.
- Instrumento que cuenta con varios aparatos de medición de variables eléctricas al mismo tiempo.
- Unidaddemedidaqueequivaleamil veces la unidad de volt.
- Instrumento utilizado para medir la resistencia eléctrica de un circuito.
22
A H M I L I V O L T T S A R F Z
I J I M L L O D G V G D D O G D
T M L T P X L G D B K F F H H F
R D I E F D T B R M L R G M K T
C D A N M E I V B R C T U E L M
O H M S H R M U L T I M E T R O
V N P I N K E F N F R U N R L Y
T Q E O V P T G J N G T H O K M
A R R N D F R R D K L E J M T U
T J E K I L O V O L T I O B C T
Capítulo 1
1.1.3 Unidades de medición Dentro de las unidades eléctricas, tenemos a las unidades de intensidad, de tensión y de resistencia. La corriente eléctrica, es el movimiento o paso de electricidad a lo
largo del circuito eléctrico desde el generador de electricidad hasta el aparato donde se va a utilizar, que llamaremos receptor, a través de los conductores.
Paraqueseoriginelacorrienteeléctrica,esnecesarioqueenelgenerador se produzca una fuerza electromotriz que produzca una diferencia de potencial entre los terminales o polos del generador, a esta diferencia de
potencialselellamatensiónovoltajeysemideenVOLTIOS(V). La unidad que nos mide la diferencia de potencial o tensión es el VOLTIO (V) llamado así en honor al físico italiano Volta, que descubrió la pila eléctrica.
Para grandes potenciales se emplea el KILOVOLTIO y en los pequeños el MILIVOLTIO.
1 KILOVOLTIO = 103 Voltios 1 MILIVOLTIO = 10-3 Voltios 1 V = 0.001 KV = 1000 mV
A la cantidad de electricidad que pasa por un conductor en un segundo sellamaintensidaddelacorrienteysemideenAMPERIOS(A). La unidad de intensidad es el Amperio (A), nombre dado en honor del físico francés Ampere, como en electrónica, esta es una unidad muy
grande para las corrientes que normalmente se controlan, por lo que
a
continuación te definimos los submúltiplos más empleados:
1 MILIAMPERIO = 10-3 Amperios 1 MICROAMPERIO = 10-6 Amperios 1 A = 1.000 mA = 1.000 000 uA
23
Capítulo 1
Es importante que no olvides que la dificultad que ofrece un conductor al paso de una corriente eléctrica se llama resistencia eléctrica y se mide enOHMIOS(Ω).
La unidad de medida de la resistencia eléctrica es el OHMIO (Ω), nombre dado en honor del físico alemán Ohm. Al ser una cantidad pequeña se emplean sus múltiplos:
1 KILOOHMIO = 103 Ohmios 1 MEGAOHMIO = 106 Ohmios 1 OHMIO = 0.001 K = 0.000001 M
Estas tres magnitudes pueden ser relacionadas por medio de la llamada “LeydeOhm”,quenosdiceque: La intensidad es directamente proporcional a la tensión o voltaje e inversamente proporcional a la resistencia.
Esto quiere decir que la intensidad crece cuando aumenta la tensión y disminuye cuando crece la resistencia.
E=
E I
Esto se expresa de la siguiente forma: En donde:
La tensión es dada en volts (E o V) La intensidad es dada en amperes ( I ) La resistencia es dada en Ohms ( Ω) Sus unidades son: 1 Amperio = 1 Voltio / 1 Ohmio 1 Voltio = 1 Amperio * 1 Ohmio 1 Ohmio = 1 Voltio / 1 Amperio
24
Capítulo 1
Actividad 2 Instrucciones: realiza los siguientes cálculos de conversión, aplicando las unidades de medida de los sistemas internacional e inglés al desarrollar
losejercicios. a)10kiloohm-Ohm b)10000000Ohm–Megaohm c)0.00001Ampere–microampere. d)0.0025Volts–milivolts e)50kilovolt–volt f)100000Ohms–kiloohm g)0.000005Ampere–microampere. h)0.00035volt–microvolt i)0.25miliampere–ampere j)300miliampere–ampere
25
Capítulo 1
1.1.4 Instrumentos de medición de magnitudes eléctricas Amperímetro El amperímetro de CC puede medir CA rectificando previamente esta corriente,
si hablamos en términos básicos, el amperímetro es un galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia paralela llamada Shunt. Los amperímetros tienen resistencias por debajo de 1 Ohmio, debido a que no se disminuye la corriente a medir cuando se conecta a un circuito energizado; su funcionamiento se presenta en la figura 1.
I
G
I: Ii: Is: Ri:
Is
Rs:ResistenciaShunt G: Galvanómetro
Ii
Ri Rs
Corriente a medir Corriente interna
CorrientedeShunt
Resistencia interna del Galvanómetro
Al momento de utilizar un amperímetro para medir el flujo de corriente en un circuito, se requiere tomar en cuenta algunas recomendaciones, tales como:
a) Debeshacerlaconexióndelamperímetroenserieconelcircuito. b) Es importante que conozcas un aproximado de corriente a medir, ya que si es mayor de la escala del amperímetro lo puedes dañar. Por lo tanto, la corriente a medir debe ser menor a la corriente seleccionada en la escala del amperímetro.
c) Cada instrumento tiene marcada la posición en que debes utilizarlo: horizontal,verticaloinclinada. d) Debescuidarquetodoinstrumentoesteajustadoacero. e) Laslecturastiendenasermásexactascuandolasmedidasquetomessean intermediasalaescaladelinstrumentodebidoaqueenlosinstrumentos demedicióndetipoanalógico,silasmedicionessehacenmuycercade losextremosdelacarátula,puedensererróneas,debidoaqueunasimple línea en la escala al momento de interpretarla, puede provocar un error de apreciación. f) Nunca debes conectar un amperímetro en paralelo con un circuito
que esté energizado, debido a que puedes dañar el instrumento de medición, debido a la gran cantidad de corriente que pasaría a través de él.
26
Figura 1 Esquema eléctrico interno de un Amperímetro
Capítulo 1
Voltímetro Otro instrumento utilizado para la medición de magnitudes eléctricas es el voltímetro, el cual mide el valor de la tensión con la que es alimentado un circuito eléctrico. Su unidad básica de medición es el Voltio (V) sus múltiplos son el megavoltio (MV) y el kilovoltio (KV) y los submúltiplos son elmilivoltio(mV)yelmicrovoltio(µV). Las
características
del
voltímetro
son
también
parecidas
a
las
del
galvanómetro, pero con una resistencia en serie. Dicha resistencia debe tener un valor elevado para limitar la corriente hacia el voltímetro cuando circule la intensidad a través de ella, porque el valor de la misma es equivalente a la conexión paralela (aproximadamente igual a la resistencia interna) por esto la diferencia del potencial que se mide (I x R) no varía; su funcionamiento se presenta en la figura 2.
RM
RI
Terminal
G
Terminal
Figura 2 Esquema eléctrico interno de
unVoltímetro
Para utilizar el voltímetro en la medición de la tensión en un circuito, debes considerar algunas recomendaciones como:
a) Es necesario que lo conectes en paralelo con el circuito a medir, tomando en cuenta la polaridad si es CC
b) Debes tener un aproximado de la tensión a medir, con el fin de que utilices la escala adecuada del voltímetro.
c) Cada instrumento tiene marcada la posición en que se debe utilizar, yaseahorizontal,verticaloinclinado. d) De ser necesario, al iniciar una medición, deberás ajustar el voltímetro a cero. Debes conocer en todo momento la tensión de una fuente o del circuito a
medir, ya que en muchas de las ocasiones puedes encontrarte con alzas ybajasdetensión.
27
Capítulo 1
Ohmímetro Por último podemos encontrar el Ohmímetro, muy similar al voltímetro y al amperímetro, pero con una batería y una resistencia la cual es la
que ajusta en cero el instrumento en la escala de los Ohmios cuando las terminales presentan corto circuito. En este caso, el voltímetro marca
la caída de voltaje de la batería y si ajustamos la resistencia variable, obtendremos el cero en la escala, esto se muestra en la figura 3.
Ohm
V
Ajustede cero de
R2
E
R1 _ +
Terminales de Prueba
Figura 3 Para llevar a cabo la medición de resistencia eléctrica con la ayuda de
unohmímetro,debestenermuypresenteslassiguientesrecomendaciones: a) La resistencia que midas no debe estar conectada a ninguna fuente de tensión o a ningún otro elemento del circuito, pues esto causaría
medicionesinexactas,ademásdequesepodríaaveriarelinstrumento. b) Siempre debes ajustar a cero el instrumento para evitar mediciones erráticas gracias a la falta de carga de la batería.
c) Al terminar de utilizar el ohmímetro, debes asegurarte de apagarlo correctamenteparaevitarquelasbateríassedesgasten. La principal función del ohmímetro, consiste en conocer el valor ohmico de una resistencia desconocida, o la de medir la continuidad de un conductor y por supuesto detectar averías en circuitos desconocidos
dentrolosequipos.
28
Capítulo 1
Generalmente, estos instrumentos se venden en forma de multímetro ya sea analógico o digital los cuales son la combinación del amperímetro, el
voltímetroyelohmímetrojuntos(verfigura4).
Figura 4 Multímetro Analógico y Digital
29
Capítulo 1
Práctica 2 Identifica los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas, considerando su principio de funcionamiento. Propósito: debes aprender a identificar el tipo de instrumento de medición a utilizar de acuerdo a la magnitud eléctrica a medir.
Contenido teórico: es importante que recuerdes que un instrumento de medición es muy delicado, por lo cual es necesario que sepas el tipo de magnitud a medir, para seleccionar el tipo de instrumento a utilizar.
Material: ·Hojasblancas. · Lápiz. · Goma. · Cuadro 1 (propuesto). Procedimiento: · Identifica a través de un cuadro comparativo el funcionamiento de los diferentes instrumentos de medición de magnitudes eléctricas.
· Escribedebajodecadainstrumentosucaracterísticarespectiva. Voltímetro
Ohmímetro
Amperímetro
Características de funcionamiento: •
Consta de un galvanómetro, con una resistencia paralela llamada
•
Contiene un galvanómetro, pero con una resistencia en serie.
•
Shunt.
Tieneunabateríayunaresistencia,lacualeslaqueajustaen cero el instrumento.
•
Laconexióndeesteinstrumentosedebehacersiempreenserie con el circuito.
•
Alhacerlamediciónconesteinstrumento,nodebeestarconec tada a ninguna fuente de tensión o a ningún otro elemento del circuito.
•
Laconexióndeesteinstrumentodebehacerseenparaleloconel circuito a medir.
30
Capítulo 1
UNIDAD 2 Medición de magnitudes eléctricas en equipos y sistemas eléctricos
2.1
RAP Identifica los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas, considerando su principio de funcionamiento 2.1.1 Magnitudes eléctricas La importancia de los instrumentos eléctricos de medición es
incalculable,yaquemedianteelusodeellossemideneindican magnitudes eléctricas como corriente, carga, potencial y energía, o las características eléctricas de los circuitos: la resistencia, la capacidad, la capacitancia y la inductancia. Por otro lado, los instrumentos de medición permiten localizar las causas del mal funcionamiento de algún aparato eléctrico en el cual no es posible apreciar físicamente su mal funcionamiento, por tanto, la
informaciónqueproporcionanlosinstrumentosdemedicióneléctrica se da normalmente en una unidad eléctrica estándar tales como los
ohmios,voltiosylosamperios. En un sistema eléctrico formado por una fuente de alimentación,
conductoresyunaresistenciaeléctrica(comocarga)puedenhacerse medicionesdeestostresparámetrosconsiderandoquelaresistencia eléctricaeslaoposiciónqueexistealflujodelacorrienteeléctrica enuncircuitolacualdependedemuchosfactores,comoelalambre de cobre de los conductores, pues presenta cierta resistencia al paso
delacorrienteeléctrica.ElfísicoalemánGeorgeSimonOhm(1787– 1854)descubrióqueparaunconductormetálicodado,deunalongitud ycortetransversalespecíficos,larelaciónentreelvoltajeylacorriente es una constante. A esta relación se le conoce como resistencia y se
expresaenlaunidaddenominadaOhm.(Hombre,CienciayTecnología, [1990]).
31
Capítulo 1
2.1.2. La “Ley de Ohm” La“LeydeOhm”seconsideraamenudocomoelfundamentodel análisis de circuitos y se puede expresar mediante la fórmula: En donde:
E = La diferencia de potencial entre los dos extremos de un elemento de resistencia (que se mide en volts). I = La corriente eléctrica que pasa por dicho elemento de resistencia (que se mide en amperes). R = La resistencia de dicho elemento (que se mide en ohms).
E R= I
Existenotrasdosfórmulasútilesquesepuedenderivardela formula anterior y son:
I=
E R
E = IR
Paraproducirunvoltaje,primerodebeexistirunvoltajeenla resistencia el volt es la unidad de potencial y se mide con el voltímetro, el ampere es la unidad de la corriente eléctrica y se mide con un amperímetro.
2.1.3 Instrumentos de medición básicos Hastaestemomentohasrevisadolosinstrumentosdemedición, porloqueahorateproponemosunaseriedeprácticasenlasque reforzarás la información.
32
Capítulo 1
Práctica 3 Medición de magnitudes eléctricas en equipos y sistemas Propósito: realiza la conexión, operación y toma de lecturas con los instrumentos de medición básicos de acuerdo con los procedimientos establecidos. Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad.
Duración: 2horas. Contenido teórico: debes recordar que la medición de voltaje, corriente y resistencia se lleva a cabo considerando el funcionamiento y la forma de conexión correcta para cada medición. Desarrollo: realiza la conexión de los circuitos eléctricos en serie y paralelo, de acuerdo a lo establecido en los formatos de prácticas elaborados.
Material y/o equipo: ·Módulodefuentedeenergía(0-120VCD) EMS8821. · Módulo de resistencia EMS 8311 ·MódulodemedicióndeCD(200V,500mA,2.5A)EMS8412 · Cables de conexión banana-banana. ·MultímetroAnalógicooDigital. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Calculadora. · Lápiz. · Goma.
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición!
33
Capítulo 1
Procedimiento: 1. Uti Utiliza liza el equ equipo ipo de pr prote otecci cción ón per person sonal, al, apli aplican cando do las med medidas idas de seguri seg uridad dade ehi higie giene nedu durant ranteeeldesar de sarrollo rollode dela laprá práctic ctica. a. 2. Prepara el equipo equipo,, los instru instrumentos mentos de medic medición, ión, las herramie herramientas ntas y los materiales a utilizar.
3. Ut Utili iliza za el mó módul duloo EM EMSS de res esist isten enci cia, a, me medic dición ión de CD y fue fuent ntee de energía para conectar el circuito mostrado en el esquema 1. Ten cuidado de es esta tabl blec ecer er la lass po pola lari rida dade dess y ce cerrci ciór óraate de qu quee el in inte terr rrup upto torr de alimentación esté abierto, la lámpara indicadora on-off esté apagada y
que a la perilla del control de voltaje variable de salida esté en sentido contrari con trariooa ala lassma manec necill illas asde dellreloj. relo j. 4. Conecta la fuente de energía y haz girar lentam lentamente ente la perill perillaa de control de voltaje de salida, hasta que el voltímetro de 0 – 200 V CD conectado a la carga de 300 Ωindique20VCD.Veresquema1.
Esquema 1
5. El miliampe miliamperímet rímetro ro de 500 mA CD indicar indicaráá la corrie corriente nte que pasa por el circuito, anota este valor en el espacio correspondiente en la tabla a)
y haz lo mismo para los diferentes valores de voltaje que se indican en esta misma tabla 1.
Volts(E)
0
20
Tabla 1 Magnitud
40
60
Unidad
80
100
Amperes Ampe res (A)
6. Reduce el voltaj voltajee a cer ceroo y descon desconecta ecta el interr interruptor uptor de la fuente de alimentación.
34
1200 12
Capítulo 1
7. Grafica las corrientes anotadas en la tabla a) en la siguiente gráfica 1, traza una línea continua sobre los puntos marcados. ¿Cómo es el voltaje y la corriente?
400 s e r e p 300 m a i l i m n e e 200 t n e i r r o C
100
0
20
40
60
80
100
120
Voltaje en volts
8. Con los valor valores es de I y E de la tabla 1, calcul calculaa las re relacione lacioness de E/I correspondientes a cada caso y anota tus cálculos en la tabla 2. Tabla 2 E
20
Magnitud
40
60
Unidad
80 80
100
120 120
E/I 9. El valor promedio de E/I es: ___________ ________________ _____ Observa que la relación entre el voltaje aplicado a la resistencia y la corriente que pasa por ella es un valor constante denominado resistencia.
35
Capítulo 1
10. A continuación debes comprobar que la forma alternativa de la “Ley de Ohm Ohm”” (I = E/R E/R)) es vál válida. ida. Uti Utiliza liza el mism mismoo cir circuit cuitoo del esq esquem uemaa 1. Conecta Conec ta la fuente de ener energía gía y ajústa ajústala la a 90 V CD, de acuer acuerdo do con la lectura que aparezca en el voltímetro conectado a la resistencia de 300 Ω.Mideyanotalacorrientequepasaporesaresistencia.
Corriente medida = ______________ A CD. 11. Reduce el voltaje a cero y desconecta el interruptor de la fuente de energía. 12. Con el valor de 90 volts y la resistencia de 300
Ω,
calcula la corriente
quee pa qu pasa sa po porr est estaa res esist isten enci cia, a, ¿c ¿cómo ómo es la co corr rrie ient ntee ca calc lcul ulada ada co conn respecto a la corriente medida? __________.
13. Ahora verifi 13.Ahora verifica ca que la otra forma de la “Ley de Ohm” (E = IR) es válid válida. a. Utiliza el mismo circuito del esquema 1; sin embargo, ahora la resistencia seajustaráa600Ω. 14. Conecta la fuente de energía y ajusta el voltaje de salida hasta que elmedidordecorrienteindique0.2ACD. 15.Mideyanotaelvoltajeatravésdelaresistenciade600 Ω.
Voltaje medido = _____________ V CD. 16. Reduce el voltaje a cero y desconecta el interruptor de la fuente de alimentación.
17. Con la resistenci resistenciaa de 600 Ω y la corriente de 0.2 Amperes, calcula el voltajequealimentaalcircuito¿Cómoeselvoltajecalculadoconrespecto alvoltajemedido?______________. 18. Ahora debes medir el valor de la resistencia equivalente sin utilizar el ohmímetr ohmíme tro. o. Emplea el mismo cir circuito cuito del esquem esquemaa 1. Conect Conectaa la fuente de energía y ajusta el voltaje de salida a 60 volts CD, según lo indica el voltímetro conectado a la resistencia. Haz variar la resistencia por medio
de los in inte terr rrup upto torres de dell mó módul duloo EM EMSS 83 83111, ha hast staa qu quee el me medid didor or de corrienteindiqueaproximadamente0.3ACD.Reajustaelcontroldevoltaje siesnecesario,afindemantener60VoltsCDenlaresistencia.
36
Capítulo 1
19. Aplica la “Ley de Ohm”, el voltaje anterior de 60 volts y la corriente de 0.3 amperes, para calcular la resistencia equivalente que se tiene ahora en el circuito.
Resistencia equivalente = ______________
Ω
20. Reduce el voltaje a cero y desconecta el interruptor de la fuente de energía. 21. Desconecta el circuito sin mover de posición los interruptores del
móduloEMS8311. 22. Utiliza el ohmímetro para medir la resistencia equivalente del circuito. ¿Cómo es el valor de la resistencia calculada y la resistencia medida? __________________. 23. Desarma el circuito y entrega el material.
24.Limpiaeláreadetrabajo. 25. Realiza las conclusiones de la práctica.
37
Capítulo 1
Contesta las siguientes preguntas Instrucciones: aplicando la “Ley de Ohm”, encuentra el parámetro que se te pide.
1. ¿Cuál será la cantidad de flujo de corriente que circula por un circuito que es alimentado por una fuente de 100 volts y tiene una resistencia de20Ohms? 2. ¿Qué cantidad de voltaje se requiere para hacer que se presente un flujo jo de corriente de 2 amperes a través de una resistencia de 60 Ohms? 3. ¿Qué valor de resistencia se requiere en un circuito que es alimentado con una tensión de 100 volts, para que se obtenga una corriente de 5 amperes a través de él?
38
Capítulo 1
2.1.4 Instrumentos de medición especializados Megger Dentro de los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas
especializadosseencuentraelMegger,queesunequipoquesirveparamedir la resistencia del suelo y analizar los electrodos de la tierra. Las diferentes fallas en las instalaciones eléctricas y los sistemas de aislamiento son impredecibles y a menudo pueden provocar terribles accidentes,
loquesuponeunriesgograveparatodaslaspersonasyaparatosqueestán a su alrededor. Además, repararlos o, llegado el caso, sustituirlos por otros
nuevos, puede resultar muy costoso. Los equipos de medición de Megger ayudan a mantener en buen estado los aparatos electrónicos y los sistemas de aislamiento.
Estos equipos miden con gran precisión el factor de energía, incluso en ambientes hostiles, como estaciones de transformadores y plantas de producción.
El nombre correcto de este instrumento es megómetro, ya que la medida del aislamiento de cables, transformadores, aisladores, etc se expresa en megomios(M Ω).
Uninstrumentocomoeldelafigura5esuntipoespecialdeóhmetroen elquelabateríadebajatensión,delaquenormalmenteestándotadoséstos, se sustituye por un generador de alta tensión, de forma que la medida de resistenciaseefectúaconvoltajesmuyelevados
Figura 5 Megger
39
Capítulo 1
Antes de conectar una instalación nueva a la tensión de la red, debes efectuar la medida de resistencia de aislamiento para comprobar el correcto estado
delamisma.Igualquelasmáquinaseléctricasloscablesestánsometidosa sobrecargas, cortocircuitos y defectos a tierra. Para saber si después de estas incidencias el cable se encuentra en condiciones óptimas de servicio se pueden realizar dos pruebas; medida de la resistencia de aislamiento y medida de la
continuidaddecable,estosedebehacerpormediodelmeggeromegómetro. Porotrolado,setiene el osciloscopio que es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos
eléctricosyelectrónicos.Porejemploenelcasodelostelevisores,lasformas de las ondas encontradas en los distintos puntos de los circuitos están bien definidas, mediante su análisis puedes diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento.
Los osciloscopios son instrumentos versátiles que pueden medir un gran númerodefenómenos,provistodeltransductoradecuado(unelementoque convierte una magnitud física en señal eléctrica) es capaz de dar el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un
coche,etc. Es importante que el osciloscopio utilizado permita la visualización de señalesdeporlomenos4,5ciclosporsegundo,loquepermitelaverificaciónde etapasdevideo,barridovertical,horizontalyhastadefuentesdealimentación. Si bien el más común es el osciloscopio de trazo simple, es mucho mejor unodetrazodobleenelquemásdeunaformadeondapuedenvisualizarse simultáneamente. El funcionamiento del osciloscopio está basado en la posibilidad de
desviarunhazdeelectronespormediodelacreacióndecamposeléctricos y magnéticos. En la mayoría de osciloscopios, la desviación electrónica,
llamadadeflexión,seconsiguemediantecamposeléctricos,loqueconstituye la deflexión electrostática. Para entender más a profundidad la operación de un osciloscopio puedes consultar la siguiente página web http://paginas.fisica. uson.mx/horacio.munguia/aula_virtual/Cursos/Electronica/Documentos/ Osciloscopio/CAP3.pdf”
La figura 6, representa la pantalla de un osciloscopio, puedes notar que existenunasmarcasenlapantallaqueladividentantoenverticalcomoen horizontal,estoformaloquesedenominaretículaorejillaLaseparaciónentre dos líneas consecutivas de la rejilla constituye una división. Normalmente la rejilla posee 10 divisiones horizontales por 8 verticales del mismo tamaño (cercanoalcm),loque formauna pantallamásanchaque alta.En laslíneas centrales,tantoenhorizontalcomoenvertical,cadadivisiónocuadroposee unasmarcasqueladividenen5partesiguales.
40
Capítulo 1
Marcas (Medidas flancos)
100 90
10 0
Subdivisión Figura 6
División
Algunos osciloscopios poseen marcas horizontales de 0%, 10%, 90% y 100%parafacilitarlamedidadetiemposdesubidaybajadaenlosflancos (se mide entre el 10% y el 90% de la amplitud de pico a pico). Algunos osciloscopios también visualizan en su pantalla cuantos voltios representa cada
divisiónverticalycuantossegundosrepresentacadadivisiónhorizontal. Pararealizarmedidasdetiemposeutilizalaescalahorizontaldelosciloscopio. Estoincluyelamedidadeperiodos,anchuradeimpulsosytiempodesubida y bajada de impulsos. La frecuencia es una medida indirecta y se realiza calculando la inversa del periodo. Al igual que ocurría con los voltajes, la medidadetiemposserámásprecisasieltiempodelobjetodemedidaocupala mayor parte de la pantalla, para ello se actúa sobre el conmutador de la base de tiempos. Si se centra la señal utilizando el mando de posicionamiento vertical se pueden utilizar las subdivisiones para realizar una medida más precisa (ver
figura7).
{
Línea central
Figura 7
41
Capítulo 1
Generalmente cuando se habla de voltaje, lo que realmente se quiere expresar es la diferencia de potencial eléctrico expresado en voltios entre dos puntos de un circuito. Normalmente uno de los puntos esta conectado a masa
(0voltios)entoncessimplificamoshablandodelvoltajeenelpuntoA(cuando enrealidadesladiferenciadepotencialentreelpuntoAyGND).Losvoltajes pueden medirse de pico a pico (entre el valor máximo y mínimo de la señal).
Esmuyimportantequeespecifiques,alrealizarunamedida,quetipodevoltaje estasmidiendo,yaqueelosciloscopioesundispositivoparamedirelvoltaje de forma directa.
Enlafigura8,seseñalaelvalorpicoVp,elvalorpicoapicoVpp,quees normalmenteeldobledeVpyelvaloreficazVefoVRMS(root-mean-square, es decir la raíz de la media de los valores instantáneos elevados al cuadrado)
yqueesutilizadaparacalcularlapotenciadelaseñalCA.
Voltaje pico Voltaje pico a pico 0 Voltios Voltaje eficaz
42
Figura 8.
Capítulo 1
Práctica 4 Mide las magnitudes eléctricas con instrumentos de medición especiales, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante y utilizando los materiales respectivos Propósito: realiza la medición de parámetros de voltaje y frecuencia de diferentes señales eléctricas. Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad.
Duración: 2horas Contenido teórico: debes recordar que la medición de señales de corriente alterna o señales de diferente tipo, requiere de la utilización del osciloscopio para medir la frecuencia y los valores, medio, promedio y
rmsdedichasseñales.
Desarrollo: realiza la conexión de un circuito de prueba para llevar a cabo lamedicióndeparámetrosdevoltajeycorrientedediferentesseñales.
Material y/o equipo: ·Fuentedeenergía(0-40VCA). ·Fuentedeenergía(0–35VCD). ·Multímetrodigital. ·Osciloscopio. · Generador de funciones. · Resistencia 1 KΩ 1 Watt. · Resistencia 1.5 KΩ 1 Watt. · Resistencia 3.3 KΩ 1 Watt. · Tablero de experimentos. · Cables de conexión banana-banana. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Lápiz. · Goma.
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición! 43
Capítulo 1
Procedimiento: 1. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 2. Prepara el equipo, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales a utilizar.
3. Calibra el osciloscopio a un voltaje de 0.5 volts pp a una frecuencia de1Khz. 4.Construyeelcircuitodelesquema2.
Esquema 2
5.Alimentaelcircuitoconunvoltajede5.8VCA. 6. Utiliza el voltímetro, para medir las tensiones en las terminales mostradas
enelesquema2yanótalasenlatabla1. 7. Conecta el osciloscopio entre las terminales del esquema 2 y anota tus resultados en la tabla 1.
8. Compara los resultados obtenidos ¿Qué diferencia existe entre ellos? ¿Porqué? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________
44
Capítulo 1
Tabla 1 Terminales
Volts en voltímetro
Volts en osciloscopio
A-D
B-D
C-D
9. Compara los resultados obtenidos ¿Qué diferencia existe entre ellos?
¿Porqué? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ __________________________________________________________________
10. Enciende el generador de funciones y selecciona una onda senoidal
de 1 Khz y un voltaje de 2 volts pico a pico, aplica este voltaje al circuito delesquema2. 11.Conelosciloscopiomideycalculaelvalorppdevoltajeylafrecuencia entre los puntos A y B, aplica la fórmula:
VPP =
Volt x Div (vert) x Atenuacion div
Time = Time x Div (horiz) div
1 T
f=
Vpp(A-B)=_____________Voltsf=_____________Hz. 12.Conelosciloscopiomideycalculaelvalorppdevoltajeylafrecuencia entre los puntos B y C, aplicando las fórmulas antes descritas.
Vpp(B-C)=_____________Voltsf=______________Hz.
45
Capítulo 1
13. ¿Qué sucede con el valor de voltaje en los puntos A –B y B –C del circuito? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________
14.¿QuésucedeconlafrecuenciaenlospuntosA–ByB–Cdelcircuito? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________
15.Desarmaelcircuitoydesconectaelequipo. 16.Limpiaeláreadetrabajo. 17.Realizatusconclusionesdelapráctica.
Contesta las siguientes preguntas Obtén la frecuencia y el valor pico a pico si la señal se visualiza en un osciloscopio con las siguientes posiciones en sus controles, considerando
queestéperfectamentecalibrado. 1. Una señal en el osciloscopio tiene una amplitud de 4 divisiones y una
longitud de onda de 6 divisiones, si la perilla de Time / div. se encuentra en .5 mseg. / div., la perilla de amplitud está en 50 mv / div, y la atenuación de la punta de prueba es X10, calcula el valor pico a pico y la frecuencia de la señal utilizando las fórmulas respectivas.
VPP =
46
Volt x Div (vert) x Atenuacion div
Time = Time x Div (horiz) div
f=
1 T
Capítulo 1
Autoevaluación
1
Instrucciones: subraya la respuesta correcta. 1. ¿Cuál de estos instrumentos se utiliza para realizar mediciones de corriente eléctrica?
a) Voltímetro
b) Amperímetro
c) Óhmetro
d) Wattímetro
2. Este aparato de medición permite saber el consumo de energía en un circuito:
a) Voltímetro
b) Amperímetro
c) Óhmetro
d) Wattímetro
3. Aparato de medición que permite saber el valor de resistencia eléctrica de un circuito.
a) Voltímetro
b) Amperímetro
c) Óhmetro
d) Wattímetro
4. Este dispositivo, permite realizar mediciones de tensión en los circuitos eléctricos:
a) Voltímetro
b) Amperímetro
c) Óhmetro
d) Wattímetro
5. La unidad de medida del parámetro de la corriente eléctrica es:
a) Ampere
b)Volts
c) Ohms
d) Watts
6. Unidad utilizada para determinar el parámetro de tensión en un circuito eléctrico.
a) Ampere
b)Volts
c) Ohms
d) Watts
7. Es la unidad utilizada para designar el parámetro de resistencia en circuitos eléctricos
a) Ampere
b)Volts
c) Ohms
d) Watts
8. Es la unidad de medida utilizada para designar el parámetro de consumo de energía
a) Ampere
b)Volt
c) Ohms
d) Watts
9. ¿De qué manera debe conectarse un amperímetro, para realizar la medición de corriente eléctrica? a) En paralelo b) En corto circuito
c) En serie
d) Sin alimentación.
47
Capítulo 1
10. Indica la forma en la que debe ser conectado un voltímetro para realizar la medición de tensión en un circuito. a) En paralelo b) En corto circuito c) En serie
d) Sin alimentación.
11. ¿Cómo debe estar el circuito eléctrico cuando se quiere realizar la medición de resistencia eléctrica? a) En paralelo b) En corto circuito c) En serie
d) Sin alimentación.
12. De acuerdo a la ley de Ohm, ¿cuál de las siguientes operaciones representadas te permite llevar a cabo el cálculo de la resistencia eléctrica?. a) b) c) d) E E I,R E,I I R
13. Considera la ley de Ohm y determina ¿cuál planteamiento te permite calcularelvoltajeenuncircuitoeléctrico? a)
b) E R
c) I,R
d) E I
E,I
14. Toma como referencia y establece ¿cuál es el planteamiento que te permite realizar el cálculo de la corriente eléctrica en un circuito eléctrico? a) b) c) d) E R
I,R
E I
E,I
15. ¿Cuál de los siguientes planteamientos te puede permitir calcular la potencia en un circuito eléctrico? a) b) c) d) E E I,R E,I I R 16. Este aparato es utilizado para realizar la visualización de señales, para
verificaretapasdevideo,barridoverticalyhorizontal. a)Óhmetro b)Osciloscopio c)Generadordefunciones d)Megger 17. Este aparato nos permite generar señales de diferentes tipos, ya sea señales cuadradas, triangulares, o senoidales.
a)Óhmetro
48
b)Osciloscopio
c)Generadordefunciones. d)Megger
Capítulo 1
18. Este aparato permite medir la resistencia del suelo y analizar los electrodos de la tierra de una instalación eléctrica.
a)Óhmetro
b)Osciloscopio
c)Generadordefunciones. d)Megger
19. El siguiente planteamiento te permite calcular el valor pico a pico de una señal. a) b) Volt x Div(vert) x Atenuación div
c)
Volt x Div(vert) div
d)
20. Para realizar el cálculo del tiempo de barrido de una señal debes utilizar el siguiente planteamiento. a) b) Volt x Div(vert) div
Volt x Div(vert) x Atenuación div
c)
d)
49
Capítulo 1
Respuestas a las actividades Actividad 1
50
Capítulo 1
Actividad 2 Solución: a)10000Ohms b)10Megaohms c) 10 microamperes d) 2.5 milivolt e) 50000 volt
f)100Kiloohms g) 5 microampere
h)350microvolt i) 0.00025 miliampere
j)0.3amperes
51
Capítulo 1
Respuestas a las prácticas Práctica 1 Cuadro de especificaciones propuesto Instrumento.
Magnitud.
Unidad.
Voltímetro.
Voltaje o tensión.
Volts.
Ohmímetro.
Resistencia.
Ohms.
Amperímetro.
Flujo de corriente.
Amperes.
Práctica 2 Cuadro comparativo Voltímetro.
Ohmímetro.
Amperímetro.
Consiste en un galvanómetro, pero con una resistencia en serie.
Consta de una batería y una resistencia, la cual es la que ajusta en cero el instrumento.
Consta de un simple galvanómetro, con una resistencia paralela llamada Shunt.
La conexión de este instrumento Al hacer la medición con este debe hacerse en paralelo con el instrumento no debe estar circuito a medir. conectada a ninguna fuente de tensión o a ningún otro elemento del circuito.
52
La conexión de este instrumento se debe hacer siempre en serie con el circuito.
Capítulo 1
Práctica 3 Volts
0
Amperes
0
20
40
60
0.0667 0.1333
80
0.2
100
0.2667 0.3333
120 0.4
400 s e r e p 300 m a i l i m n e e 200 t n e i r r o C
100
0
20
40
60
80
100
120
Voltaje en volts
7. Grafica las corrientes anotadas en la tabla a) en la siguiente gráfica 1, traza una línea continua sobre los puntos marcados. ¿Cómo son el voltaje y la corriente?
R= Son directamente proporcionales. E
0
E/I
0
20
40
299.85 307.69
60 300
80
100
299.96 303.03
120 300
9. El valor promedio de E/I es: similar. Observa que la relación entre el voltaje aplicado a la resistencia y la corriente que pasa por ella es un valor constante denominado resistencia.
53
Capítulo 1
10.
Corriente medida = 0.3 A CD.
12. Con el valor de 90 volts y la resistencia de 300
Ω,
calcula la corriente
que pasa por esta resistencia ¿Cómo es la corriente con respecto a la corriente medida? Es 15.
parecida.
Voltaje medido = 120 V CD.
17. Con la resistencia de 600 Ω y la corriente de 0.2 Amperes, calcula el voltajequealimentaalcircuito¿Cómoeselvoltajecalculadoconrespecto alvoltajemedido? Es similar. 19.
Resistencia equivalente = 200 Ω.
21. Desconecta el circuito sin mover de posición los interruptores del
móduloEMS8311.Utilizaelohmímetroparamedirlaresistenciaequivalente del circuito. ¿Cómo es el valor de la resistencia calculada y la resistencia medida? Es similar.
Preguntas 1. ¿Cuál será la cantidad de flujo de corriente que circula por un circuito que es alimentado por una fuente de alimentación de 100 volts y tiene unaresistenciade20Ohms?
R=
I = 100 V / 20 Ω = 5 Amperes
2. ¿Qué cantidad de voltaje se requiere para hacer que se presente un flujodecorrientede2amperesatravésdeunaresistenciade60Ohms?
R=
E = 2 A x 60 Ω = 120 Volts
3. ¿Qué valor de resistencia se requiere en un circuito que es alimentado con una tensión de 100 volts, para que se obtenga una corriente de 5 amperes a través de él?
R=
54
100 V / 5 A = 20 Ω
Capítulo 1
Práctica 4. Terminales.
Volts con el voltímetro.
Volts con el osciloscopio.
A–D
5.8 V
16.4 Vpp
B–D
2.5 V
7.07 Vpp
C-D
1.0 V
2.83 Vpp
8. Compara los resultados obtenidos ¿Qué diferencia existe entre ellos? ¿Porqué?
R= Los valores obtenidos con el voltímetro son menores a los obtenidos con el osciloscopio, debido a que el voltímetro nos proporciona un valor rms, mientras que el osciloscopio nos proporciona un valor pico a pico. 10.
Vpp (A-B) = 9.34 Volts.
f=
60
Hz.
11.
Vpp (B-C) = 4.24 Volts.
f=
60 Hz.
12.¿Qué sucede con el valor de voltaje en los puntos A – B y B – C del circuito?
R= Los valores de voltaje son diferentes, debido a que los valores de resistencia también lo son, por lo que varia la caída de tensión. 13. ¿Qué sucede con la frecuencia en los puntos A – B y B – C del circuito?
R= Los valores de frecuencia son iguales en ambas mediciones, debido a que las resistencias no modifican la frecuencia de la fuente de alimentación.
55
Capítulo 1
Preguntas 1. Una señal en el osciloscopio tiene una amplitud de 4 divisiones, y
una longitud de onda de 6 divisiones, si la perilla de Time / div., se encuentraen.5mseg./div.,laperilladeamplitudestáen50mv/div,y la atenuación de la punta de prueba es X10, calcula el valor pico a pico y la frecuencia de la señal, utilizando las fórmulas respectivas.
R=
56
Vpp = 2 Volts
T = 0.003 seg
f = 333.33 hz
Capítulo 1
Respuestas a la autoevaluación 1.
b
2.
d
3.
c
4.
a
5.
a
6.
b
7.
c
8.
d
9.
c
10. a
11. d
12. c
13. b
14. a
15. d
16. b
17. c
18. d
19. a
20. c
57
Capítulo 2
Capítulo 2 Instalación y operación de generadores y motores eléctricos Propósito Instalar y operar generadores y motores eléctricos de acuerdo con sus características de funcionamiento y las especificaciones del fabricante, para su implementación en diversos campos.
59
Capítulo 2
Introducción El presente módulo corresponde al núcleo de formación profesional, es de tipo específico y se imparte en el tercer semestre de la carrera de Profesional TécnicoyProfesionalTécnico-BachillerenElectricidadIndustrial,ysufinalidades querealiceslainstalacióndegeneradoresymotoreseléctricos,considerandoel procedimiento y las variaciones de instalación de acuerdo a su tipo y capacidad. Estemóduloestáconformadoportresunidadesdeaprendizaje.Laprimera unidadabordalosfundamentoseléctricosquerigenalosgeneradoresymotores eléctricos, así como los diferentes tipos de generadores y motores eléctricos, la segunda unidad considera las técnicas de instalación de generadores y motores eléctricos, de acuerdo con las especificaciones del fabricante y finalmente la tercera unidad, donde se describen las técnicas de operación de los generadores y motores eléctricos. Aquí aprenderás a desarrollar las competencias que te permitan instalar, manejar,operar,diagnosticaryproporcionarelmantenimientodelosdiferentes equiposeléctricosnecesariosenlosprocesosindustriales,ademásdemejorar el funcionamiento de los diversos sistemas, validando la operación e instalación y de los diversos sistemas eléctricos, lo que te permitirá tomar diferentes decisionesdurantelainstalación,operaciónymantenimientodelosequiposy sistemas eléctricos.
61
Capítulo 2
Unidad 1 Identificación de los tipos de generadores y motores eléctricos
1.1
RAP* Identifica los tipos de generadores eléctricos de acuerdo a su aplicación 1.1.1 Motores y generadores eléctricos Los motores y los generadores eléctricos es un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, a partir de principios electromagnéticos. Una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dinamo, mientras que una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. Tanto los generadores como los motores eléctricos se basan en dos principios físicos básicos: a) Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se establece o se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. b) Si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campomagnético,ésteejerceunafuerzamecánicasobreelconductor. El campo magnético de un imán permanente, sólo tiene fuerza suficiente como para hacer funcionar un dinamo pequeño o motor. Por esta razón se
63
Capítulo 2
empleanelectroimanesenlasmáquinasgrandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades básicas: el inductor, el cual crea el campo magnético y por lo general suele ser un electroimán, ylaarmaduraoinducido,queesunaestructuraquesostienelosconductores quecortanelcampomagnéticoytransportalacorrienteinducida(enelcaso de un generador, o la corriente de excitación en el caso de ser un motor). La armaduraesporlogeneralunnúcleodehierrodulcelaminado,alrededordel cual se enrollan cables conductores de alambre magneto, un ejemplo de la construcción de los motores eléctricos se muestra en las figuras 1 y 2.
Inducido
Inductor Figura 1. Partes de un motor
Figura 2. Construcción física de un motor
1.1.2 Tipos de generadores eléctricos Los generadores eléctricos se clasifican de dos formas: generadores eléctricos de CC o generadores eléctricos de CA. Los generadores eléctricos de CC se caracterizan por estar formados por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales en el rotor (inducido) y conectadas a los segmentos adecuados de un colector dedelgasmúltiple.Lasescobillasconectansiemprelabobinaquesemueve a través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamente constante. Aquí, el electroimán se excita por una corriente independiente o por autoexcitación, es decir, la propia corriente producida en el dinamo sirve para crear el campo magnético en las bobinas del inductor. Existen tres tipos de generadores de acuerdo a la forma en la que se encuentren conectados tanto el inductor y el inducido: conexión en serie, conexión en derivaciónyconexiónmixtaocompuesta(Fraile,M.2003). Ungeneradorsimplesinconmutadorproduceunacorrienteeléctricaque
64
Capítulo 2
cambia de sentido a medida que gira la armadura. Este tipo de corriente alterna es ventajosa para la transmisión de potencia eléctrica, por lo que la mayoría de los generadores eléctricos son de este tipo. En su forma más simple, la diferencia entre un generador de CA y uno de corriente continua estriba en sólo dos aspectos: los extremos de la bobina de su armadura están sacados a los anillos colectores sólidos y las bobinas de campo se excitanmedianteunafuenteexternadeCCmásqueconelgeneradorensí. Los generadores de CA de baja velocidad se fabrican con hasta 100 polos,paramejorarsueficienciayparalograrconmásfacilidadlafrecuencia deseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, sin embargo, son a menudo máquinas de dos polos. La frecuencia de la corriente que suministra un generador de CA es la de la red a la que se conecta, en nuestro caso aproximadamente a 60 Hz lo que supone en un generador de dos polos 3000 rpm. A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible. Las armaduras rotatorias no son prácticas en este tipo de aplicaciones, debido a que pueden producirse chispas entre las escobillas y los anillos colectores, ya que pueden producirse fallos mecánicos que podrían causar cortocircuitos. Por tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor compuesto de un número de imanes de campo (Chapman,J.2005). La corriente que se genera mediante los alternadores, aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas se producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica, lafigura3,muestralostiposdegeneradoresqueexisten.
65
Capítulo 2
Masa polar Conductor del inducido
Escobilla
Escobilla
Anillo Generador de C.A
Aislante 1/2 anillo Generador de C.C.
Recuerda Los generadores de corriente continua se caracterizan por estar
formados por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales en el rotor, y conectadas a los segmentos de un colector de delgas múltiple y éstos a las escobillas encargadas
de colectar la energía producida. Mientras que los generadores de corriente alterna producen una corriente eléctrica que cambia de sentido a medida que gira la armadura, dicha energía generada se obtiene en los anillos rozantes y se saca del generador a través de los carbones.
66
Figura 3 Generador CA y CC
Capítulo 2
Actividad
1
Instrucciones: Identifica las partes del generador y su tipo en función de las partes señaladas.
Partes del generador: A= B= C= D= E= Tipo de generador: Partes del generador: A= B= C= D= E= Tipo de generador:
67
Capítulo 2
1.1.3 Tipos de motores eléctricos Los motores eléctricos son máquinas a dinamo que convierten energía mecánica en energía eléctrica, sentando las bases de los recursos energéticos mundialeshoyendía.Tantoenlaelectricidadindustrialcomoeneltransporte, losmotoreseléctricoshanpermitidounimportanteahorrodeenergía,yaque posibilita el almacenamiento de electricidad con mayor facilidad que otros dispositivosenquelaenergíasimplementeseconsume(FraileMáquinas eléctricas [Madrid2003 ]). El principio físico del funcionamiento de los motores eléctricos consiste en: quetodacorrientequecirculaporunconductoreléctricotiendeadesplazarse en forma perpendicular a la línea de acción del campo magnético. Este campo y la corriente eléctrica interactúan determinando cómo se convierte un tipo de energía en otro. En estos casos el conductor funciona como imán eléctrico y se lo denomina rotor, en tanto funciona con movimiento giratorio (Fraile Máquinas eléctricas [Madrid2003 ]). Los principales tipos de motores son los de corriente alterna o los de corriente continua, como el que se muestra en la figura 4. Estos últimos se clasifican según su conexión: motor en serie, compound, shunt, motor eléctrico sin escobillas, motores paso a paso y motor sin núcleo. Estos motores han revolucionado la industria por lo económicos y lo fácilmente adaptables en términos de posición. Sin embargo, han sido superados, luego del advenimiento de la electrónica, por los motores de corriente alterna, que permiten una regulación de la velocidad más económica a nivel industrial. Imán permanente Eje o flecha Devanado de armadura Rotor
Cojinetes Conmutador
68
Núcleo de armadura Figura 4 Motor de corriente continua
Capítulo 2
Estosmotorestienenunaestructurasimilaraunqueconalgunasdiferencias en la disposición del rotor. Los motores de corriente alterna se clasifican en asincrónicos (o de inducción), sincrónicos y colectores. A su vez pueden ser monofásicosotrifásicos.(ChapmanMáquinas eléctricas [México2005]).
Motores de inducción Los motores de inducción no necesitan escobillas ni colector. Su armadura es de placas de metal magnetizable. El sentido alterno de circulación de la corriente en las espiras del estator, genera un campo magnético giratorio que arrastra las placas de metal magnetizable haciéndolas girar. El motor de inducción es el motor de corriente alterna más utilizado, debido a su fortaleza y sencillez de construcción, buen rendimiento y bajo costo así como a la ausencia de colector y al hecho de que sus características de funcionamiento se adaptan bien a una marcha a velocidad constante (ver figura 5).
Tapa delantera
Rotor jaula de ardilla
Carcaza
Tapa trasera
Flecha Figura 5. Motor de inducción
Interruptor centífugo Balero
Motores sincrónicos Losmotoressincrónicoscomoelquesemuestraenlafigura6,funcionana unavelocidadsincrónicafijaproporcionalalafrecuenciadelacorrientealterna aplicada. Su construcción es semejante a la de los alternadores, cuando un motor sincrónico funciona a potencia constante y sobreexcitado la corriente absorbida por éste presenta, respecto a la tensión aplicada, un ángulo de desfaseenavancequeaumentaconlacorrientedeexcitación.Estapropiedad hamantenidolautilizacióndelmotorsincrónicoenelcampoindustrial,pesea serelmotordeinducciónmássimple,máseconómicoydecómodoarranque,ya
69
Capítulo 2
queconunmotorsincrónicosepuedecompensarunbajofactordepotenciaen lainstalaciónalsuministraraquéllacorrientereactiva,deigualmaneraqueun condensador conectado a la red (ChapmanMáquinas eléctricas [México2005]).
Carcaza Estator Entrehierro Eje
Corona del rotor
Núcleo polar Bornes de exitación Escobillas Anillos colectores
Conductores de exitación Conductores de inducido
Bornes de inducido Figura 6 Motor síncrono
El problema de la regulación de la velocidad en los motores de corriente alternaylamejoradelfactordepotenciahasidoresueltademaneraadecuada con los motores de corriente alterna de colector. Según el número de fases de lascorrientesalternasparalosqueestánconcebidoslosmotoresdecolectorse clasifican en monofásicos y polifásicos, siendo los primeros los más utilizados. Los motores monofásicos de colector más utilizados son los motores serie y los motoresderepulsión.(Chapman Máquinas eléctricas [México2005])
Recuerda: Los motores eléctricos son máquinas a dinamo que convierten energía mecánicaenenergíaeléctrica,suprincipiodefuncionamientoconsisteenque toda corriente que circula por un conductor eléctrico tiende a desplazarse en forma perpendicular a la línea de acción del campo magnético. Este campo y la corriente eléctrica interactúan determinando cómo se convierte un tipo de energía en otro. Existen dos tipos fundamentales de motores eléctricos, los de corriente alterna y los de corriente directa, cada uno de ellos con aplicaciones específicas.
70
Capítulo 2
Actividad
2
Instrucciones: identifica el tipo de motor eléctrico de acuerdo a la constitución de cada uno de ellos.
Partes del motor: A= B= C= D= E= Tipo de motor:
Partes del motor A= B= C= D= E= Tipo de motor:
71
Capítulo 2
Partes del motor: A= B= C= D= E= F= Tipo de motor:
G= H= I= J= K= L=
72
Capítulo 2
Unidad 2 Instalación de generadores y motores eléctricos
2.1
RAP* Instala generadores eléctricos de acuerdo a las especificaciones del fabricante 2.1.1 Instalación de los generadores y motores eléctricos En la instalación de los generadores y motores eléctricos, debe de cuidarse que el diseño sea adecuado para el funcionamiento a 40ºC como máximo y para una altura de 1000 m sobre el nivel de mar, de acuerdo con la norma BS5000, por lo que a temperaturas en exceso de 40ºC y alturas por encima de 1000 m requieren una reducción de potencia. Factores como la potencia y la temperatura ambiente figuran en la placa de características de estas máquinas, esto lo puedes constatar en cualquier placa de características de algún motor que se encuentre en tu casa o en la escuela Existen generadores y motores en los cuales la refrigeración es por aire medianteventiladorincorporado,protegidoporrejilladeantigoteo.Noestán previstos para uso en la intemperie, excepto que estén adecuadamente protegidos. Se recomienda conectar una calefacción de anticondensación durante el almacenamiento y en grupos de emergencia para proteger los devanadoscontralahumedad. Los generadores y motores instalados dentro de carrocerías no deben trabajar con temperatura en exceso a la mencionada, sin haber considerado previamente la reducción de la potencia nominal. La carrocería tanto de los generadores como de los motores debe estar hecha de tal forma, que la aspiración de aire para el motor de accionamiento esté separada del conducto para la aspiración de aire del generador, especialmente cuando el ventilador del radiador es de tipo aspirante. Adicionalmente debe evitarse que el generador aspire aire húmedo.Paraevitarlopuedeninstalarsefiltrosdeairededosescalones.
73
Capítulo 2
Lassalidas/entradasdeairedebendarcomocaudalesmínimosycaídasde presión máximos los mencionados en la tabla 1a, donde también se proporciona la tabla de designación 1b.
Tabla 1a
UC Alternadores de serie UCD Gama dedicada I Aplicaciones, M = Marinas I = Industriales 22 Altura de centro 22 o 27 mm 4 Número de polos, 4 o 6 C Tamaño del núcleo 2 Número de rodamientos, 1
Tabla 1b
El equilibrado dinámico del conjunto rotor es efectuado durante el proceso de fabricación, tal como lo establecen las normas BS
6861yBS4999. Las principales frecuencias generador son las siguientes:
4 polos 4 polos
74
de
vibración,
1500 rpm 1800 rpm
producidas
25 Hz 30 Hz
por
el
Capítulo 2
No
obstante,
las
vibraciones
inducidas
por
el
motor
de
accionamiento son de naturaleza compleja y contienen frecuencias de 1, 3, 5 o más veces de la frecuencia fundamental de vibración.
Por otro lado, la alineación de los generadores de un sólo cojinete es crítica ya que pueden producirse vibraciones a consecuencia de la flexión de las bridas entre motor y generador, por lo que la flexión en este punto no debe ser superior a 140 Kgm, debido
a esto se requiere una bancada robusta, dotada de apoyo con soportes mecanizados entre motor / generador y bancada para asegurar una alineación perfecta.
Enelcasodelosmotores,paraajustarsuposiciónsedebenutilizan tornillos gatos, calzas o suplementos, etc. Al ajustar la posición del motoresnecesariotenerelcuidadodecomprobarquecadaunadesus patas tenga los suplementos necesarios antes de apretar los tornillos,
demodoquesólosepuedeintroducirenelgrupodecalzasunahojade calibracióndenomásde0.05mmdeespesor(verfigura7).
Figura 7 Instalación de motor y generador alineado
75
Capítulo 2
2.1 RAP* Instala generadores y motores eléctricos de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Uno de los problemas con los que te puedes encontrar al momento de realizar la instalación de generadores y motores eléctricos es la alineación de éstos, ya que el propósito principal de la alineación es la de realizar un correcto alineamiento de maquinaria, proporcionando a los equipos un estado funcional adecuado que les permita alargar tanto su vida útil, como la de sus partes constitutivas. Además, es necesario proteger las máquinas compañeras de los motores contra cargas innecesarias y dañinas dentro de un proceso específico, para poder minimizar los costos operacionales y de mantenimiento relacionados al funcionamiento de cualquier tren de máquinas en cuestión, teniendo el alcance de lograr una colinealidad precisa entre las dos líneas centrales imaginarias que unen los ejes de maquinas distintas en un mismo tren de maquinas. Ejemplosdepartesconsecutivasdeunamaquinariason:
a. Los rodamientos.
b. Ejes.
c. Acoples.
d. Muñoneras.
e. Bases, entre otros.
Como consecuencia de lo anterior, es imprescindible que para el proceso dealineamientoseutilicendiferentesmétodos,equiposytecnologíasacorde conlasexigenciasactualesdeeficienciaparacadaoperaciónquerealizauna máquina(verfigura8).
76
Figura 8 Alineación de máquinas eléctricas
Capítulo 2
Práctica 1 Alinea la bancada con un indicador para la instalación de una maquina eléctrica Propósito: realiza las pruebas eléctricas, mecánicas y de funcionamiento de motores eléctricos como parte del procedimiento de liberación y entrega al usuario. Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad.
Duración: 2horas. Contenido teórico: debes tomar en consideración que en la instalación de los generadores y motores eléctricos, es necesario realizar diferentes
pruebas en el momento del montaje de éstos con la finalidad de evitar las vibraciones al máximo, además de considerar que dicho montaje sea el adecuado de acuerdo al tipo de enfriamiento de la máquina y que la alineación de ésta al estar acoplada a otra sea la correcta con la finalidad de obtener la máxima eficiencia de operación. Desarrollo: realiza las pruebas eléctricas, mecánicas y de funcionamiento
enelmontajedemotoreseléctricosparasufuncionamiento.
Material y/o equipo: · Escoba. · Estopa. ·Tuercasdesujeción. ·Tornillos(deacuerdoaltipodeanclajeautilizarenlamáquina). ·JuegodeLainas. · Indicador de carátula con base magnética. · Nivel. · Generador y motor eléctricos. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.
77
Capítulo 2
Procedimiento: 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3.Seleccionaelequipoyherramientaparaverificareláreadeinstalación. 4.Colocaelsoportedelindicadorsobrelaflechaosobreelacoplamiento. 5.Fijalacadenaalaargolladelaextremidaddelsoporte. 6. Pasa la cadena alrededor de la flecha y fija el tensor para un montaje rígido.
7.Atornillaunavarillademetalenelsoporteyfijaelindicador. 8.Realizalaalineaciónangularvertical.
a. Coloca el sensor del indicador a las 12 hrs ajustando la carátula a cero. b. Gira el acoplamiento para desplazarse a las 6 hrs obteniendo la dimensión. c. Calcula el valor de la corrección con la fórmula. Donde:
BxC D= A
A=Diámetrofuncionaldelacoplamiento. B=Distanciaentresoportedelanteroytrasero. C=Desviaciónverticalangular. D=Valordelacorrección.
d. Afloja los soportes delanteros o traseros según sea el caso. e .Instala las cuñas apropiadas según el cálculo. f. Aprieta los soportes a la tensión apropiada de acuerdo con el tipo de tuerca. 9. Realiza la alineación paralela vertical.
g. Coloca el sensor del indicador perpendicularmente sobre el exterior del acoplamiento a las 12 hrs ajustando la carátula a cero. h. Gira el acoplamiento para alinearlo con el indicador obteniendo la lectura. i. Determina el tipo de desviación de acuerdo con la diferencia de altura. j. Divide el valor de la lectura en dos partes para determinar el
78
Capítulo 2
valor de las cuñas. k. Instala las cuñas siguiendo el procedimiento de instalación o quita las cuñas necesarias según sea el caso. l.. Toma nuevamente la lectura a las 12 hrs y 6 hrs, observando que no se exceda la tolerancia de ± 0.001 plg. o 0.025 mm. 10.Realizalaalineaciónparalelahorizontal.
m. Coloca el acoplamiento y el indicador en posición, ajustando la carátula a cero y el sensor perpendicular al eje del acoplamiento en la posición de 3 hrs. n. Instala dos indicadores de carátula horizontalmente sobre el costado de la máquina para controlar el desplazamiento. o. Gira el acoplamiento y el indicador en la posición 9 hrs, obtén la lectura dividiéndola en dos partes para obtener el valor de la corrección. p. Afloja ligeramente los soportes para la alineación. q. Desplaza la máquina hacia las 9 hrs 3 hrs según el caso con los tornillos de ajuste. r. Controla el desplazamiento con los indicadores instalados en los soportes. s. Verifica constantemente la lectura de las 3 hrs y 9 hrs, considerando no exceder de la tolerancia de ± 0.001 o ± 0.02 mm. t. Verifica la posición de las cuñas para apretar los soportes cuidando de no variar la lectura de la carátula en los soportes. u. Quita la tensión de los tornillos de ajuste para terminar. 11. Guarda y limpia el equipo y la herramientautilizados. 12.Limpiaeláreadetrabajo. Mala alineación
Buena alineación
79
Capítulo 2
Contesta las siguientes preguntas 1. ¿Cuáles son las desventajas de los motores de inducción de baja velocidad, acoplados directamente? 2. ¿Qué tipo de motor de CA es satisfactorio para acoplar directamente
y usarlo con un número bajo de rpm, para las potencias más grandes en caballos de fuerza? 3. ¿Cuáles son las tres posiciones para las transmisiones de energía
acopladas directamente, y por medio de banda, que se deben alinear para obtener el servicio más satisfactorio y duradero.
4. Una máquina se entregó para instalarse con una polea de 2 pulgadas (5.1 cm) en el motor; una polea de 6 pulgadas (15.3 cm) en la carga; y la
placa de características del motor indica 1800 rpm. ¿a cuántas rpm debe girarlamáquina?Utilizalasiguienteecuación:
RPM del motor RPM de la máquina impulsada
=
Diámetro de la polea de la máquina impulsada Diámetro de la polea del motor
5. Si un motor funciona a 3600 rpm, la carga impulsada a 400 rpm, y el motor tiene una polea de 4 pulgadas (10.1 cm), determina el tamaño de la polea de la carga impulsada. Utiliza la siguiente ecuación.
RPM del motor RPM de la máquina impulsada
80
=
Diámetro de la polea de la máquina impulsada Diámetro de la polea del motor
Capítulo 2
2.1.3 Instalación de motores eléctricos Otroproblemaquepuedesencontraralmomentoderealizarlainstalación delosmotoreseléctricoseslavibración,porloquetienesquesaberanalizar y diagnosticar el estado de una máquina para determinar las medidas necesarias para corregir esta condición, de tal manera que se logre reducir el nivel de las fuerzas vibratorias no deseadas y no necesarias. Dado lo anterior,esnecesarioquesepasidentificarlasamplitudespredominantesde la vibración, la determinación de las causas, y la corrección del problema queellasrepresentan.
Vibraciones Una vibración se puede definir, en términos generales, como el movimiento oscilatorio de las partículas de un sólido, existen diferentes tipos de vibración claramente diferenciados tales como las vibraciones deterministas y las vibraciones aleatorias. Las primeras se definen por medio de ecuaciones matemáticas, las cuales expresan la forma de evolución con el tiempo del parámetro correspondiente, las segundas consisten habitualmente en oscilaciones periódicas causadas por las imperfecciones asociadas al propio diseño,manufacturaofuncionamientodelasmáquinas 3. El análisis de vibraciones no puede Comunicación RS485 MOD BUS realizarse en cualquier lugar de la Contacto seco de alarma 2 salidas 420 mA maquinaria, ya que hay partes que pueden mostrar un dato más exacto y Salida de señal confiable. Primero deben ubicarse los para analizador de vibraciones llamados puntos de prueba con ayuda del transductorquedebesercolocadolomás Led indicador de funcionamiento cerca posible de los puntos de rodamiento, normal con metal sólido entre el rodamiento y eltransductor,yaquenodebeutilizarse + 20 V directamente sobre el rodamiento. Para Fuente de alimentación llevar a cabo el análisis de vibración de las Hasta 20 mts 0V máquinassedebeanalizarlaorientación de los sensores de vibración por lo que Acelerómetro Standard es muy útil obtener dato de cada punto 100 mV/g o 500 mV/g de medición en tres direcciones, estas Figura 8. Analizador de vibraciones direcciones se conocen como axial, radial ytangencial(Verfigura8). 3. Fernández, Manes. (et. al). Técnicas para el mantenimiento y diagnóstico de máquinas eléctricasrotativas.MarcomboS.A,Barcelona,1998.
81
Capítulo 2
Práctica 2 Mide vibraciones mecánicas, realiza la alineación de generadores y motores eléctricos Propósito: realiza la medición de vibraciones mecánicas así como de la alineación de poleas y bandas de las máquinas eléctricas rotatorias, de acuerdo con las condiciones del lugar a instalar utilizando la herramienta yequiposnecesarios.
Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad. Duración:3horas. Contenido teórico: es necesario que tomes en cuenta queen la instalación de los generadores y motores eléctricos se requiere de una alineación correcta de las máquinas, con la finalidad de que se evite la proliferación de vibraciones de tal manera que estas puedan ser detectadas con el equipoadecuadoparapodersolucionarlas.
Desarrollo: lleva a cabo la medición de vibraciones mecánicas en las máquinas rotativas, para determinar la alineación correspondiente con el fin de solucionar este problema.
Material y/o equipo: · Escoba. · Estopa. ·Tuercasdesujeción. ·Tornillos(deacuerdoaltipodeanclajeautilizarenlamáquina). ·JuegodeLainas. ·Medidordevibracionesmecánicas. · Captor de vibraciones mecánicas (Acelerómetro). ·Equipodealineaciónláser. · Generador y motor eléctricos. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.
82
Capítulo 2
Procedimiento: 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Utiliza 2.Utili za el equipo de protección person personal, al, tomand tomandoo en cuenta las medid medidas as deseguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3 .Selecc .Selecciona iona el equipo y herramie herramienta nta para verifi verificar car el estado de aline alineación ación yvibraciones y vibracionesmecánicas mecánicasdel delconjuntomotor conjuntomotor–generador –generadoracoplado. acoplado. 4.Marca 4. Marca en los pun puntos tos ind indica icados dos por el PSP (pun (puntos tos de sop soport ortee de la fle flecha cha o en las tapas del motor y el generador donde se alojan los rodamien rodamientos), tos), los puntos de medición para colocar el captor de vibraciones mecánicas. 5. Numera los puntos marcados para generar la ruta de inspección de vibraciones mecánicas. 6. Indica los parámetros a medir en cada punto de medición (desplazamiento, velocidad, aceleración).
7. Inc Incluy luyee la rut rutaa en el med medidor idor de vibr vibracio aciones nes mec mecánic ánicas as re regist gistra rando ndo todos tod os los par paráme ámetros tros a mon monito itorear. rear.
8. Po Ponn en mar marcha cha el conjun conjunto to motor – gene generador rador y esper esperaa hasta que el conjuntoseestabilice. 9. Inicia la ruta de vibraciones colocando el captor en el primer punto de medición. 10. Guarda las lecturas realizadas por el captor en el medidor de vibraciones mecánicas.
11.Continúalarutahastaterminarlas. 12.Desenergizaelconjuntodemotor–generador. 13. Descarga la información en la PC.
14.Aflojadostornillosdeunadelastapas. 15. 5.Pon Ponen enma marcha rchanu nueva evamen mente teel elconjun con junto tomo motor tor–ge –genera nerador dor.. 16. Realiza una nueva ruta de vibraciones.
17.DescargalainformaciónenlaPC. 18.Desenergizaelconjuntodemotor–generador. 19. Interpreta los resultados.
20.Paralaalineaciónláserdebesdecerciorartequeelconjuntodemotor –generadorestécompletamentedesenergizado. 21. Coloca los captores a ambos lados de la unión rígida entre el motor y el generador.
83
Capítulo 2
22.Ajustaelcaptoryelreflector. 23.Enciendeelequipodealineación. 24. Toma la lectura y coloca lainas en los soportes del conjunto motor – generadorcomoloindiquelapantalladelequipodealineación(Verfigura9). 25.Rep 25. Repite itela laop operaci eración ónha hasta staqu queeelequipo equ ipoqu quede edetot totalm almente enteal aline ineado ado.. 26.Li 26. Limpi mpiaay ygua guarda rdael elequipo equ ipoy yhe herram rramien ienta taut utili ilizad zados osen enla laprá práctic ctica. a.
Figura 9. Monitoreo Mo nitoreo y alineación de una máquina.
Contesta las siguientes preguntas 1.¿Quéherramientasespeciales,queordinariamentenollevaelinstalador, se necesi necesitan tan para alinear un conjun conjunto to de moto-g moto-gener enerador ador dir directame ectamente nte acoplado?
2. ¿Cuá ¿Cuáll es el núm númer eroo de rpm baj bajoo del cua cuall se emp emplean lean ra rara ra vez los motores de inducción? 3. ¿Cómo se controla la frecuencia de la CA en un alternador?
4. Si varios motor motores es que impulsan un sistem sistemaa eleva elevado do de tra transport nsportador ador se conectaran a una línea de alimentación de frecuencia variable, y la
frecu fr ecuenc encia ia se camb cambiar iaraa de 40 a 80 cic ciclos los ¿Cuá ¿Cuáll ser sería ía el efe efecto cto de la velocid velo cidad ad en los mot motores? ores?
84
Capítulo 2
Unidad 3 Operación de generadores y motores eléctricos
3.1
RAP* Opera generadores y motores eléctricos de acuerdo a las recomendaciones del fabricante Los motor motores es y gener generador adores es eléctr eléctricos, icos, son un grupo de apara aparatos tos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, a tr travé avéss de med medios ios ele electr ctromag omagnét nético icos. s. A una máq máquina uina que con convie vierte rte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dinamo, mientr mientras as que una máquina que convier convierte te la ener energía gía eléct eléctrica rica en mecánica se le denomina simplemente motor. Son dos los princi principios pios físico físicoss relacion relacionados ados entre sí que sirven de base al funcionamiento de los generadores y los motores eléctricos (figura 10). El primeroeselprincipiodelainduccióndescubiertoen1831porelcientíficoe inventor inven tor britán británico ico Michae Michaell Faraday Faraday. . Este cientí científico fico logró establ establecer ecer que si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidadesdeuncircuitodeconducciónfijocuyaintensidadpuedevariar,se asienta o induce una corriente en el conductor, estableciéndose así el principio del generador eléctrico, por otro lado, el principio opuesto a éste fue observado en1820porelfísicofrancésAndréMarieAmpere,quienestablecióquesiuna corriente pasaba a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste ejercía eje rcíauna unafue fuerza rzamec mecáni ánica casob sobre reel elconduc con ductor tor,,estable esta blecié ciéndo ndose seasí asíel elprinci pri ncipio pio del mot motor or eléc eléctri trico co (fi (figura gura 10) 10)..4
Salida a la carga
N S
S N Bobinas de Armadura
Figura 10
Campo rotatorio (4 polos)
4.Mileaf,f,Harry.Electri 4.Milea Harry. Electricidad cidadserie serie1 1–7.Vol.6 –7.Vol.6Editori Editorial.Li al.Limusa, musa,México.1981. México .1981.
Salida a la carga
85
Capítulo 2
3.1.1 Operación de generadores eléctricos. UnamáquinadeCD,puedefuncionaryaseacomomotorocomogenerador, como ya sabes, el convierte la potencia eléctrica en potencia mecánica mientras que el generador transforma la potencia mecánica en potencia eléctrica, por tantoelgeneradordebeserimpulsadomecánicamenteparaquepuedaproducir electricidad (ver figura 11). Puestoqueelcampoesunelectroimán,unacorrientedebefluiratravésde él para producir un campo magnético. Esta corriente se conoce como corriente de excitación y se puede suministrar al devanado del campo magnético en dos formas: puede provenir de una fuente externa independiente de CD, en cuyo caso el generador se clasifica como generador con excitación independiente, o bien puede provenir de la propia salida del generador, en cuyo caso se denomina generador con auto-excitación. Por otro lado, cuando el devanado de campo se conecta en serie con el devanadodearmadura,setendráungeneradorenserie,aquí,lacorrientede excitaciónquepasaporeldevanadodecampo,eslamismacorrientequelaque elgeneradorproporcionaalacarga,porloquesilacargatieneunaresistencia alta, se genera un voltaje de salida mínimo debido a la corriente de campo mínima. En un circuito abierto, el generador proporciona un mínimo de voltaje de salida, debido a su magnetismo remanente. Si la carga toma más corriente, la corriente de excitación aumentará, haciendo el campo magnético más intenso, haciendoqueelgeneradorproduzca Figura 11 Motor másvoltajedesalida. y generador Finalmentecuandolosdevanadosserieyderivaciónseconectanparaque estosserefuercenentresí,setendráelgeneradorcompuesto,debidoaqueal aumentar la corriente de carga, disminuye la corriente en el devanado de campo en derivación y por lo tanto se reducirá la intensidad del campo magnético. No obstante,sisehacepasarporeldevanadodecamposerielacorrientedecarga quetendráelmismoincremento,entoncesaumentarálaintensidaddelcampo magnético. 5
86
acoplados
5. Wildi, Theodore. Máquinas eléctricas y sistemas de potencia . 6ª edición, Pearson Educación. México, 2007
Capítulo 2
Práctica 3 Realiza la conexión y operación de generadores de corriente continua en serie, derivación con excitación independiente y auto-excitación y compuesto Propósito: conecta un generador de corriente continua en serie, derivación y compuesto de acuerdo con sus especificaciones, utilizando
lasherramientayequiposnecesarios.
Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad. Duración: 6horas Contenido teórico: esnecesarioquetomesencuentaquelosgeneradores pueden ser instalados en tres formas diferentes ya sea en serie, en cuyo devanado de campo se conecta en serie con el devanado de la armadura, en la conexión en derivación con excitación independiente el devanado de campe en derivación es alimentado por una fuente de CD externa, en la conexión en derivación con auto-excitación, el devanado de campo se conecta ala salida del generador, ya se conectándose directamente a la salida, en serie con esta o bien, utilizando una combinación de ambas conexiones, y la conexión del generador compuesto, el la cual los dos devanados de campo, tanto el devanado en derivación y en serie, se
conectandetanmaneraqueloscamposmagnéticosserefuerzanentresí.
Desarrollo: realiza la conexión y operación de un generador de CD, en serie, derivación y compuesto, con la finalidad de determinar sus características.
Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120/208V,3Ø,120Vcd,0–120vcd) ·MódulodemedicióndeCD(20/200V,2.5A) ·MódulodemedicióndeCA(2.5/2.5/2.5A) ·Módulodemotor/generadordeCD. ·Módulodemotor/generadorsíncrono. · Dos módulos de resistencia (300 Ω, 600 Ω, 1200 Ω). ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. · Tacómetro de mano. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima.
87
Capítulo 2
·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición! Procedimiento 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Emplea el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3. Utilizarás el motor síncrono para impulsar mecánicamente al generador
de CD, debido a que este motor mantiene su velocidad de funcionamiento constante.
4.Conectaelcircuitomostradoenelesquema1. 0-2.5 A CA 208 V CA
A R=150 ohms A
208 V CA A 120 V CD
88
Esquema 1 Conexión de la máquina síncrona
Capítulo 2
5. Las terminales 1, 2, y 3 de la fuente de alimentación proporcionan la
potencia trifásica fija para los tres devanados del estator de la máquina sincronía. Mientras que las terminales 8 y N proporcionan la potencia de CDfijaparaeldevanadodelrotordeestamismamaquina. 6. Gira la perilla de control del reóstato hasta que esté la posición para unaexcitaciónnormal,esdecir,hastaquelascorrientesseanmínimas. 7.Midelosparámetrosdecorrientedecadalíneadelmotorsíncrono.
I1 = _________ Aca
I2 = ________ Aca
I3 = _________ Aca
8. Desenergiza el circuito del esquema anterior y conecta el circuito del esquema2. Campo serie
0 - 2.5 A CD A 0 - 2o V CD V
Esquema 2 Motor/ generador de CD conectado en serie
9.AcoplalamáquinasincroníaalgeneradordeCDpormediodelabanda. 10. Cerciórate de que las escobillas del generador estén en la posición neutra. 11. Coloca los interruptores de los módulos de resistencia en vacío (todos los interruptores abiertos). 12. Conecta la fuente de energía. El motor debe empezar a girar. 13. Si el motor síncrono tiene un interruptor S, ciérralo en este momento.
14.Mideelvoltajedesalidadelgeneradorenvacío. EA =
Vcd
89
Capítulo 2
15. ¿A qué se de debe que exista voltaje en el circuito abierto? _____________________
16. Conecta una carga de 28.5
en el circuito, cerrando todos los interruptores de resistencia de ambos módulos de resistencia, observa si aumenta EA. Ω
17. Si no es así, desconecta la fuente de alimentación e intercambia los cables del campo serie en las terminales 3 y 4.
18. Ajusta las resistencias de carga tantas veces se necesite para obtener cada uno de los valores de la siguiente tabla 1.
Tabla 1 RL (Ohms)
IA (Amperes)
EA (Volts)
POTENCIA (Watts)
40.0 37.5 35.3 33.3 31.5 30.0 28.5
19.MideyanotaEAeIAparacadavalorderesistenciadelatabla1. 20. Desconecta la fuente de alimentación. 21. Calcula y anota en la tabla 1, la potencia de cada resistencia indicada en la tabla 1.
22. Ahora conecta el generador de CD en derivación con excitación independienteenvacío,talcomosemuestraenelesquema3.
90
Capítulo 2
0 - 500 mA CD A
0 - 120 V CD
V
0 - 200 V CD
Campo de derivación Esquema 3 Generador de CD con excitación independiente
23. Acopla el generador de CD a la máquina síncrona por medio de la banda.
24.Cercióratedequelasescobillasesténenlaposiciónneutra. 25. Energiza el circuito (cierra el interruptor S, si el motor síncrono lo tiene), el motor síncrono debe comenzara funcionar.
26. Varía la corriente de campo en derivación IF, girando la perilla de control de tensión de la fuente de alimentación de CD.
27.ObservalatensióndeEA. 28.Midelosparámetrosyanótaloslosresultadosenlatabla2.
Tabla 2 IF (miliamperes)E
A (volts)
O 50 100 150 200 250 300 350 400
29. Reduce a cero la tensión y desconecta la fuente de alimentación.
91
Capítulo 2
30. ¿Puede explicar por qué se tiene un voltaje de armadura a pesar de quelacorrientedecampoescero?______________________________. 31.Ahoraconectaelcircuitodelsiguienteesquema4. 0 - 500 mA CD
0 -2.5 A CD A
A
0 - 120 V CD
V
0 - 200 V CD
Campo de derivación Esquema 4 Generador de CD con excitación independiante
32.AjustaelvalordeRL=120Ω. 33. Energiza el circuito, el motor síncrono debe empezar a girar.
34. Ajusta la corriente de campo en derivación IF de tal forma que la tensión de salida del generador sea de 120 V CD, el amperímetro IA debe marcar 1 A CD. 35. Anota la corriente de campo en derivación IF.
IF =
mAcd
36. Esta es la IF nominal a la potencia nominal de salida (120 V x 1 A = 120 Watts) del generador de CD.
37. Ajusta la resistencia de carga tantas veces como sea posible para obtener cada uno de los valores que aparecen en la siguiente tabla 3, manteniendo el valor nominal de IF encontrado.
38. Mide y anota EA e la tabla 3.
92
IA para cada uno de los valores indicados en
Capítulo 2
Tabla 3 RL (Ohms)
IA (Amperes)
EA (Volts)
POTENCIA (Watts)
600 300 200 150 120 100 80 75
39. Reduce a cero la tensión y desconecta la fuente de alimentación. 40. Calcula y registra en la tabla anterior la potencia para cada valor de resistencia indicado.
41. Ahora conecta el generador de CD con campo en derivación auto excitable,comosemuestraenelcircuitodelesquema5.
A
A
Capo en derivación V
0 - 200 V CD
Esquema 5 Generador de CD con autoexcitación
42. Acopla la máquina síncrona al generador de CD por medio de la banda de acoplamiento. 43. Gira la perilla de control del reóstato de campo del generador de CD,
en el sentido de las manecillas del reloj hasta la posición correcta, para obtener una resistencia mínima.
93
Capítulo 2
44.Asegúratedequelasescobillasestánenlaposiciónneutra. 45. Coloca los interruptores de los módulos de resistencia en la posición de abierto, con el fin de obtener la condición en vacío. 46. Conecta la fuente de alimentación, el motor debe empezar a girar.
47.SielmotorsíncronotieneelinterruptorS,ciérraloenestemomento. 48.ObservasielvoltajeEAseincrementa.___________. 49. En caso contrario, desconecta la fuente de alimentación e intercambia los cables del campo en derivación, en las terminales 5 y 6.
50.Mideelvoltajedearmaduraconelcircuitoabierto.
EA = ___________ V CD. 51. Gira un poco el reóstato de campo y observa si varía el voltaje de armadura EA. 52. Coloca los interruptores de los módulos de resistencia de tal forma queRL=120Ω.
53. Ajusta el reóstato de campo hasta que el generador de un voltaje de salidaEAseade120Vcd.ObservaqueIAindica1Acd. 54. Este es el ajuste correcto del control del reóstato de campo para la potencia nominal de salida (120 V x 1 A = 120 Watts) del generador de CD.
55. Ajusta la resistencia de carga las veces que se requiera para obtener cada uno de los valores anotados en la siguiente tabla 4.
94
Capítulo 2
Tabla 4 RL (Ohms)
IA (Amperes)
EA (Volts)
POTENCIA (Watts)
600 300 200 150 120 100 80 75
56. Mide y anota los valores de EA e IA para cada valor de resistencia de la tabla anterior.
57.Desenergizaelcircuitoydesconectalafuentedealimentación. 58. Calcula la potencia para cada valor de resistencia y anota los resultados en la tabla anterior.
59. Ahora conecta el generador de CD en conexión compuesta, como se muestraenelcircuitodelesquema6. 0 - 2.5 A CD A
Armadura
Campo Serie
Reóstato de campo
V 0 - 200 V CD
Esquema 5 Generador de CD compuesto
Campo en derivación
95
Capítulo 2
60. Acopla el motor síncrono al generador de CD por medio de la banda.
61. Ajusta el reóstato de campo del generador de CD, en el sentido de las manecillas de reloj, hasta la posición correcta para obtener una resistencia mínima.
62.Cercióratedequelasescobillasesténenlaposiciónneutra. 63. Coloca los interruptores de los módulos de resistencia en la condición de vacío (todos los interruptores abiertos). 64. Conecta la fuente de alimentación, el motor debe empezar a girar. 65. Si el motor síncrono tiene el interruptor S, ciérralo en este momento.
66.ObservasiaumentaelvoltajeEA.__________. 67. En caso contrario, desconecta la fuente de alimentación e intercambia dos de los tres cables de conexión del estator del motor síncrono.
68MideelvoltajedelaarmaduraEA=__________VCD. 69. Varía el valor del reóstato de campo y observa si el voltaje de armadura EA varía.
70. Ajusta el reóstato de campo a un voltaje de salida EA = 120 V CD paracondiciónenvacío(IA=0A). 71. Ajusta la resistencia de carga las veces que sea necesario para obtener cada uno de los valores de la siguiente tabla 5.
Tabla 5 RL (Ohms)
600 300 200 150 120 100 80 75
96
IA (Amperes)
EA (Volts)
POTENCIA (Watts)
Capítulo 2
72. Mide y anota los valores de EA e IA correspondientes a cada valor de resistencia indicados en la tabla anterior.
73.Desenergizaelcircuitoydesconectalafuentedealimentación. 74. Calcula la potencia para cada valor de resistencia y completa la tabla anterior.
75.Limpiayguardaelequipoyherramientautilizados. 76.Limpiaeláreadetrabajoalfinalizarlapráctica.
Resuelve los siguientes problemas 1. La resistencia del inducido con escobillas incluidas de un generador shunt de 12 Kv., 1200 rpm y 240 V, es de ¼ Ω, y la resistencia del circuito shuntesde235Ω. Determina, para condiciones nominales en la carga:
a) Corriente de excitación (I-exc) b) Corriente de armadura (I-a) c) La fem de armadura (E-a) d) La potencia disipada en el circuito de excitación e) La potencia disipada en el circuito de inducido 2. Un generador compuesto de 50 Kw., 250 V y 1200 rpm, la resistencia del inducido shunt de excitación es de 35 Ω, la resistencia del circuito es de 0.01
Ω
y la resistencia del inducido es de 0.056
Ω.
Si la conexión es
shuntlargaylacargaseencuentraencondicionesnominales,determina:
a) La corriente que el generador envía a la carga b) La corriente shunt de excitación c) La corriente en el circuito serie d) La fem del generador
97
Capítulo 2
Práctica 4 Realiza la conexión y operación de un generador de corriente alterna Propósito: conecta un generador de corriente alterna de acuerdo con sus especificaciones,utilizandolasherramientayequiposnecesarios.
Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración: 4horas. Contenido teórico: esimportantequerecuerdesquelostérminosutilizados tales como generador de corriente alterna, generador síncrono, alternador síncrono y alternador, a menudo son utilizados de manera indistinta, los
alternadores son la fuente más importante de energía eléctrica ya que generan un voltaje de CA cuya frecuencia depende totalmente de la velocidad, de la excitación del campo de CD y del factor de potencia de la carga. Si se mantiene constante la velocidad de un alternador y se aumenta
la excitación de campo de CD, el flujo magnético y, por tanto, el voltaje de salida, aumentará en proporción directa a la excitación. No obstante,
con incrementos progresivos en la corriente de campo de CD, el flujo alcanzará finalmente un valor lo suficientemente alto para saturar el hierro del alternador.
La saturación del hierro significa que, para un incremento dado de la corriente de campo de CD, se tendrá un incremento menor en el flujo, por lo que para conocer el grado de saturación se puede medir el voltaje generado, ya que este también se relaciona directamente con la intensidaddelflujomagnético.
Desarrollo: realiza la conexión y operación de un generador de CD, con la finalidad de determinar sus características de operación.
Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120/208V,3Ø,120Vcd,0–120Vcd) ·MódulodemedicióndeCD(2.5A) ·MódulodemedicióndeCA(0–250V). ·MódulodemedicióndeCA(0-2.5A). ·Módulodemotordeinducciónjauladeardilla. ·Módulodemotor/generadorsíncrono. ·Módulointerruptordesincronización. · Dos módulos de resistencia (300 Ω, 600 Ω, 1200 Ω). ·Módulodeinductancia.
98
Capítulo 2
·Módulodecapacitancia. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. · Tacómetro de mano. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición!
Procedimiento 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3. Selecciona el material y equipo para conectar el generador de corriente alterna. 4. Conecta un generador de corriente alterna en vacío, tal como se
muestraenelcircuitodelsiguienteesquema1.
99
Capítulo 2
Motor de inducción de jaula de arrdilla
1
0 -250 V CA
208 V CA
E1
2 208 V CA 3
1 2 3
V1
4
V2 E2 V3
5 6
Generador síncrono
1 2 3
4 5 6
E3
7
8 c
0 - 2.5 A CD 7
A
Esquema 1
I1
0 - 120 V CD N
Motor jaula de ardilla
5. Acopla el motor jaula de ardilla al generador síncrono mediante la banda.
6. Ajusta el reóstato de campo del generador a una resistencia cero, girandolaperillaenelsentidodelasmanecillasdelreloj. 7. Coloca la perilla de control de voltaje de la fuente a su posición extremahaciendogirarensentidoantihorario(paraunvoltajecero). 8. Conecta la fuente de alimentación (el motor de inducción jaula de ardilla debe empezar a girar). 9. Siendo nula la excitación de CD, mide y anota E1, E2, y E3 (utiliza las
escalasmasbajasdelosvoltímetros).
E1 = _________ VCA
E2 = ________ VCA
E3 = ________ VCA
10. Explica por qué se genera un voltaje de CA cuando no hay excitación en CD. _______________________________________________________________. 11. Si el motor tiene un interruptor S, ciérralo en este momento.
12. Aumenta de manera gradual la excitación de CD, a partir de 0 hasta 0.1 A CD.
100
Capítulo 2
13. Mide y anota en la siguiente tabla 1, los tres valores de voltaje generados E1, E2, y E3. 14. Repite el paso anterior para cada una de las corrientes indicadas en la tabla 1.
Tabla 1 I1 (amperes)
E1 (volts)
E2 (Volts)
E3 (Volts)
Eca (prom.)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
15.Reduceaceroelvoltajeydesconectalafuentedealimentación. 16. Calcula en la tabla 1, el voltaje de salida promedio del alternador, para cada corriente indicada.
17. Conecta la fuente de alimentación y ajusta la excitación de CD hasta queE1=208Vca.MideyanotaE2,yE3.
E1 = 208 VCA E2 = _________ VCA
E3 = __________ VCA
18. Desconecta la fuente de alimentación sin tocar el control de ajuste delvoltaje.
101
Capítulo 2
19. Vuelve a conectar los tres voltímetros de CA de tal manera que midan los voltajes a través de cada uno de los tres devanados del estator, de la siguiente manera.
V1enparaleloconeldevanado1a4. V2enparaleloconeldevanado2a5. V3enparaleloconeldevanado3a6. 20. Conecta la fuente de alimentación.Mide y anota los voltajes generados en cada devanado del estator conectado en estrella.
E1 a 4 = _______ VCA E2 a 5 = ________ VCA
E3 a 6 = _________ VCA
21.Reduceaceroelvoltajeydesconectalafuentedealimentación. 22.Ahoraconectaelcircuitocomosemuestraenelsiguienteesquema2.
8 120 V CC N
7 0 - 120 V CC N
Motor de CD en derivación 1
2
3
4
5
6 7
8 I2 0 - 2.5 A CA A
RL
Generador síncrono I1 0 - 2.5 A C-A 1 4 A 2 5 3 6
7
8
V E1 0 - 250 V CA
23. Acopla el motor de CD al alternador (generador síncrono) por medio de la banda.
24. Ajusta el reóstato de campo del motor de CD a su posición extrema haciéndologirarensentidohorarioparaunaresistenciamínima. 25. Ajusta el reóstato de campo del alternador en la otra posición extrema ensentidoantihorarioparaunaresistenciamáxima.
102
Esquema 2 Generador de CA con carga
Capítulo 2
26.Ajustacadasecciónderesistenciaaunvalorde300Ω. 27. Conecta la fuente de alimentación y fijándote en el tacómetro de mano,ajustereóstatodelmotordeCDparaunavelocidadde1800rpm. Nota: Debes mantener constante esta velocidad durante el resto de la práctica.
28.SielmotorsíncronotieneuninterruptorS,ciérraloenestemomento. 29. Ajusta el reóstato de excitación de CD del alternador (generador síncrono) hasta que el voltaje de salida E1 = 208 V CD, Mide y anota I1, e I2 de plena carga.
I1 = ___________ A CA.
I2 = ___________ A CA.
30. Abre todos los interruptores de los tres módulos de resistencia de
carga, para que el alternador trabaje en vacío, mide y anota E1 e I2. debes recordar que hay que comprobar que la velocidad siga siendo de 1800rpm.
E1 = ___________ V CA
I2 = ___________ A CA
31.Reduceaceroelvoltajeydesconectalafuentedealimentación. 32. Calcula la regulación de voltaje del generador síncrono, con carga resistiva, utiliza la siguiente fórmula.
% Regulación =
Volts en servicio - Volts en plena carga Volts en pena carga
X 100
33. Reemplaza la carga resistiva con una inductiva y ajusta cada sección aXL=300 Ω. 34.Repitelospasos27a30,yanotalosvaloresaplenacarga.
I1 = ________ A CA
I2 = __________ A CA
103
Capítulo 2
35.MideyanotalosvaloresdeE1eI2envacío.
E1 = ___________ V CA
I2 = ___________ A CA
36.Reduceaceroelvoltajeydesconectalafuentedealimentación. 37. Compara los resultados de cada una de las cargas, explicando el comportamiento de cada una.
38.Limpiayguardaelequipoyherramientautilizadosenlapráctica. 39.Limpiaeláreadetrabajoalfinalizarlapráctica.
Resuelve los siguientes cálculos 1. Calcula la regulación porcentual correspondiente a un generador
síncrono, si su voltaje a plena carga es de 12 Kv y su voltaje en vacío es de 15 Kv. Utiliza:
% Regulación =
Volts en servicio - Volts a plena carga Volts a plena carga
x 100
2 Calcula el valor de voltaje con en vacío, si su porcentaje de regulación esde20%ysuvalordevoltajeaplenacargaesde10Kv. 3. Calcula el porcentaje de regulación de un generador síncrono si su voltaje nominal a plena carga es de 200 V, y su voltaje en vacío es de 208V. 4. Calcula el valor de voltaje nominal a plena carga de un generador síncrono si su porcentaje de regulación es de 30 y su valor de voltaje en vacíoesde104V. 5. Calcula el porcentaje de regulación que posee un generador síncrono si su valor de voltaje nominal a plena carga es de 208 v, y el valor del voltajeenvacíoesde220V.
104
Capítulo 2
3.1.2 Operación de motores eléctricos En función de la corriente empleada para la alimentación de un motor, es que se definen sus características constructivas y estos se pueden clasificar en los siguientes tres grandes grupos:
1) Motores de corriente continua 2) Motores de corriente alterna 3) Motores universales En los motores de CD es necesario aplicar al inducido una CD para obtener movimiento, así como al inductor en el caso de que éste sea del tipo de electroimán, a esta corriente se le conoce como corriente de excitación. Su construcción suele estar realizada mediante un inductor cilíndrico hueco (imán o electroimán) que contiene un cierto número de pares de polos magnéticos (Norte-Sur), denominados estator. En su interior se encuentra el inducido o rotor también cilíndrico sobre el cual se encuentra el arrollamiento. El eje está acoplado mediante rodamientos o cojinetes para permitir el giro, dispone de una superficie de contacto montada sobre un dispositivo llamado colector sobre el que se deslizan los contactos externos o escobillas. Para el caso de los motores de corriente alterna, estos se alimentan con un voltaje alterno de excitación y comprende dos tipos con propiedades bastantes diferenciadas:
1) Motores asíncronos 2) Motores síncronos Los motores asíncronos son también conocidos con el nombre de motores de inducción, basan su funcionamiento en el efecto que produce un campo magnético alterno aplicado a un inductor o estator sobre un rotor con una serie de espiras sin ninguna conexión externa sobre el que se inducen unas corrientes por el mismo efecto de un transformador, por esta razón, en este sistema sólo necesitas una conexión a la alimentación, que corresponde al estator, eliminándose, por lo tanto, el sistema de escobillas queseprecisaenotrostiposdemotores. Los motores síncronos están constituidos por un inducido que suele ser fijo, formando por lo tanto el estator sobre el que se aplica una corriente alterna y por un inductor o rotor formado por un imán o electroimán que contiene un cierto número de pares de polos magnéticos. El campo
105
Capítulo 2
variable del estator hace girar al rotor a una velocidad fija y constante de sincronismo que depende de la frecuencia alterna aplicada, es por eso que son denominados síncronos. Los motores universales son aquellos que pueden recibir alimentación tanto continua como alterna sin que por ello se alteren sus propiedades, básicamente responden al mismo principio de construcción que los de CD pero excitando tanto a inductor como a inducido con la misma corriente, disponiendo a ambos en serie sobre el circuito de alimentación.
106
Capítulo 2
Práctica 5 Realiza la conexión y operación de un motor de corriente continua o directa en serie Propósito: conecta un motor de corriente continua en conexión serie de acuerdo con sus especificaciones, utilizando las herramienta y equipos necesarios.
Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad. Duración: 3horas. Contenido teórico: debes recordar que en el motor de corriente directa en serie, el campo magnético es producido por la corriente que fluye a través del devanado de la armadura, y a causa de esto es débil cuando la
carga del motor es pequeña (el devanado de la armadura toma corriente mínima). El campo magnético es intenso cuando la carga es grande (el
devanado de la armadura toma corriente máxima). El voltaje de armadura es casi igual al voltaje de la línea de alimentación (como sucede en el motor con devanado en derivación) y se puede hacer caso omiso de la pequeña caída en el campo en serie, por esta razón, la velocidad del motor con el campo en serie depende totalmente de la corriente de carga,
ya que la velocidad es baja con cargas muy pesadas, y muy alta en vacío. Por tanto, muchos motores en serie al funcionar en vacío quedarían desechos por la velocidad tan alta que desarrollan. Las grandes fuerzas relacionadas con altas velocidades, harían que el rotor explotará lo cual sería extremadamente peligroso para las personas y maquinaria cerca del mismo (Wildi, T. 1994). Desarrollo: realiza la conexión y operación de un motor de CD en conexión serie, con la finalidad de determinar sus características de operación.
Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120VCD,0–120vCD) ·MódulodemedicióndeCD(200V,5A). ·Modulodemotor-generadordeCD. ·Módulodeelectrodinamómetro. · Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital. · Desarmador plano.
107
Capítulo 2
· Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Pinzas de electricista. · Lima. · Lápiz · Goma
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición! Procedimiento: 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3. Selecciona el material y equipo para conectar el generador de corriente alterna.
4.Conectaelcircuitomostradoenelsiguienteesquema1.
Esquema 1. Motor de CD en conexión serie
108
Capítulo 2
5. Conecta el dinamómetro al motor generador de CD por medio de la banda.
6. Ajusta la perilla del control de dinamómetro a su posición media (para proporcionarunacargadearranqueparaelmotordeCD). 7. Conecta la fuente de energía y aumenta gradualmente el voltaje de CD hasta que el motor comience a girar. Observa la dirección de rotación, si no es en sentido de las manecillas del reloj, desconecta el motor e intercambia las conexiones del campo serie.
8. Ajusta el voltaje variable a 120 Vcd, exactamente, tomando esta lectura en el medidor.
9. Ajusta la carga del motor serie de CD haciendo girar la perilla del dinamómetrohastaquelaescalamarcadaenlacarcasadelestatorindique 12 Lbf*plg. (si es necesario, ajusta de nuevo la fuente de alimentación paraquesuministreexactamente120VCD). 10. Mide la corriente de línea y la velocidad del motor (con el tacómetro de mano). Anota estos valores en la tabla 1. 11. Repite esta operación para cada valor de par indicado en la tabla 1.
Manteniendounatensiónconstantede120Vcd.
Tabla 1 E1 (volts)
I (amperes)
Velocidad (rpm)
Par (Lbf*plg)
120
0
120
3
120
6
120
9
120
12
12.Reduceaceroelvoltajeydesconectelafuentedealimentación. 13. Calcula la regulación de velocidad (plena carga = a 9 lbf*plg). Aplica la ecuación:
% Regulación =
Volts en servicio - Volts a plena carga Volts a plena carga
x 100
109
Capítulo 2
14.Limpiayguardaelequipoyherramientautilizadosenlapráctica. 15.Limpiaeláreadetrabajoalfinalizarlapráctica.
Resuelve los siguientes problemas: 1. Un motor de excitación en serie se alimenta con una tensión continua y absorbe 100 A, cuando la velocidad es de 600 rpm y la tensión inducida
es de 90 V. En un segundo ensayo con la misma tensión aplicada, absorbe 200 A y tiene una tensión inducida de 80 V. Calcula los siguientes parámetros:
a) Tensión de alimentación del motor. b) Velocidad de giro del motor en el segundo ensayo. c) Par mecánico en el segundo ensayo. 2. Un motor de excitación serie se alimenta con tensión de 220 V, absorbiendo 30 A y girando a 1000 rpm. La resistencia del inducido es de 0.4 W y la del inductor de 0.2 W. Calcula:
a) Tensión inducida. b) Par mecánico desarrollado.
110
Capítulo 2
Práctica 6 Realiza la conexión y operación de un motor de corriente continua o directa en paralelo. Propósito de la práctica: Conecta un motor de corriente continua en conexión paralelo de acuerdo con sus especificaciones, utilizando las
herramientayequiposnecesarios.
Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración: 3horas. Contenido teórico: Debes recor recordar dar que en el motor de corriente directa en paralelo, o derivación, el devanado de campo y el de la armadura se conectan en paralelo directamente a las líneas de alimentación de CD. Si el
voltajee de línea de CD es consta voltaj constante, nte, el voltaj voltajee de armad armadura ura y la intens intensidad idad del campo serán constantes también. Por lo 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
por lo que este descen descenso so de veloci velocidad dad se debe sobretodo a la resistenci resistenciaa del devan devanado ado de la armad armadura, ura, ya que los motores en deriva derivación ción con baja resistencia en el devanado de 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 de 100
%, debido debid o a que, no toda la energía eléctrica eléctri ca que se proporciona al motor se convie convierte rte en poten potencia cia mecánic mecánica, a, por lo que la difer diferencia encia de poten potencia cia entre la entrada y la salida se disipa en forma de calor, a esto se le
conoce como “pér “pérdidas” didas” de la máquina y estas aument aumentan an con la car carga, ga, hacien hac iendo doqu queeelmotor mo torse seca calie liente ntemi mient entras rasprod produce uceen energía ergíame mecán cánica ica..
Desarrollo: Realiza la conexión y operación de un motor de CD en conexión paralelo o derivación, con la finalidad de determinar sus características de operación.
Material y/o equipo: ·M Mód ódul ulood deef fue uent nteed deea alilime ment ntac ació iónn(12 (1200V VC CD, D,0– 0–120 120v vCD CD)) ·MódulodemedicióndeCD(200V,5A). ·Modulodemotor-generadordeCD. ·Módulodeelectrodinamómetro. · Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital.
111
Capítulo 2
· Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición! Procedimiento: 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Uti Utiliza liza el equ equipo ipo de pr prote otecci cción ón per person sonal, al, apli aplican cando do las med medidas idas de seguri seg uridad dade ehi higie giene nedu durant ranteeeldesar de sarrollo rollode dela laprá práctic ctica. a. 3. Selecci Selecciona ona el materia materiall y equipo para conecta conectarr el generador de corrie corriente nte alterna.
4.Cone 4.C onecta ctael elcircuit ci rcuitoomo mostrad stradooen enel elsigui si guient enteeesq esquem uemaa1.
Esquema 1. Motor de CD en conexión derivación
112
Capítulo 2
5. Acopla el dinamómetro al motor generador de CD por medio de la banda.
6. Ajusta la perilla de control del reósta reóstato to de campo en derivación en su posición posic ión extrema hacién haciéndolo dolo girar en el sentid sentidoo de las manec manecillas illas del reloj (paraa obtene (par obtenerr una máxima excita excitación ción del campo en deriva derivación). ción). Ver Verifica ifica quelasescobillasesténenlaposiciónneutra. 7. Ajusta la perill perillaa de contr control ol del dinamóme dinamómetr troo en su posició posiciónn extr extrema ema hacié hac iéndo ndola la gi girrar en se sent ntid idoo an antitiho hora rari rioo (p (par araa pr prop opor orci cion onar ar una ca carrga mínimaenelarranquedelmotordeCD. 8. Conecta la fuente de alimentación y ajusta el voltaje variable de salida a 120 V CD guiándot guiándotee por las lectu lecturas ras tomadas en el medidor medidor. . Observ Observaa la dirección de rotación, si es en sentido antihorario, apaga la fuente de energía, e intercambia las conexiones en derivación.
9. Ajusta el reóstato de campo en deriv derivación ación a una veloci velocidad dad en vacío de 1800rpm,segúnloindicadoeneltacómetrodemano. 10. Mide la corri corriente ente de línea tomando esta lectu lectura ra en el amperí amperímetr metroo cuando la veloc velocidad idad del motor se de 1800 rpm, anota este valor en la tabla 1.
11. Aplica carga al motor de CD haciendo variar la perilla de control de dinamómetro dina mómetro hasta que la escala marcada en la carcasa del dinam dinamómetro, ómetro, indiq ind ique ue 3 lb lbf* f*pl plgg (s (sii es ne nece cesa sario rio,, rej ejust ustaa la fue fuent ntee de en ener ergí gíaa pa para ra mantener120VCDexactamente).
Tabla 1 E1 (volts)
I (amperes)
Vel eloc ocid idad ad (r (rpm pm))
Par (L (Lbf bf*p *plg lg))
120
0
120
3
120
6
120
9
120
12
113
Capítulo 2
12. Con los valores de la tabla, construye el gráfico correspondiente.
2000
1600
1200
800
400
36
91
2
Par (Lbf*plg)
13. Calcula el porcentaje de regulación de velocidad (carga completa = 9 lbf * plg), utilizando la ecuación:
% Regulación =
Volts en servicio - Volts a plena carga Volts a plena carga
14.Limpiayguardaelequipoyherramientautilizadosenlapráctica. 15.Limpiaeláreadetrabajoalfinalizarlapráctica.
114
x 100
Capítulo 2
Contesta las siguientes preguntas: 1. Un motor en derivación que gira a 1500 rpm es alimentado por una fuente de 120 V de CD. La corriente de línea es de 51 A y la resistencia del campo en derivación es de 120 es de 0.1 Ω, calcula lo siguiente:
Ω.
Si la resistencia de la armadura
a) La corriente en la armadura (Ic) b) La Fcem (Fuerza contraelectromotríz) (Eo) c) La potencia mecánica desarrollada por el motor (P A) 2. El voltaje entre las terminales de un motor de CD de 240 volts y la corriente en la armadura es de 50 Amperes, la resistencia de la armadura esde0.08Ω y se considera a la corriente de campo como despreciable.
a) La fuerza contraelectromotríz del motor de CD. b) La potencia desarrollada por la armadura del motor de CD. c) La potencia entregada al motor de CD, en Kw y Hp.
115
Capítulo 2
Práctica 7 Realiza la conexión y operación de un motor de corriente continua compuesto. Propósito: Conecta un motor de corriente continua en conexión compuesto de acuerdo con sus especificaciones, utilizando las herramienta y equipos necesarios.
Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración:3horas. Contenido teórico: Debes recordar que una cualidad del motor en serie es su alto par de arranque, pero existe la desventaja de que los motores de este tipo tienden a sobre acelerarse con carga ligeras. Esto se corrige agregando un campo en derivación conectado de tal forma,
que refuerce el campo en serie, por lo que el motor se convierte en una máquina compuesta acumulativa. En cuanto a la velocidad constante que caracteriza a los motores de CD en derivación, esta tampoco es conveniente en algunas aplicaciones; por ejemplo cuando el motor debe mover un volante, ya que se necesita cierta disminución de la velocidad del motor para que el volante pierda su energía cinética, por lo que las aplicaciones de este tipo requieren de un motor que tenga una curva característica de velocidad “con caída”, es decir, que la velocidad del motor baja notablemente al aumentar la carga, por lo que el motor de CD con devanado compuesto acumulativo es el adecuado para esta clase
detrabajo(Wildi,T.1994).
Desarrollo: Realiza la conexión y operación de un motor de CD en conexión compuesta, con la finalidad de determinar sus características de operación.
Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120VCD,0–120vCD) ·MódulodemedicióndeCD(200V,5A). ·MódulodemedicióndeCA(2.5/2.5/2.5A). ·Modulodemotor-generadordeCD. ·Módulodemotor/generadorsíncrono. ·Módulodeelectrodinamómetro. · Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital.
116
Capítulo 2
· Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición! Procedimiento: 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3 .Selecciona el equipo y herramienta para conectar el motor de CD compuesto.
4.Conectaelcircuitodelsiguienteesquema1.
117
Capítulo 2
5. Acopla el motor síncrono y el motor de CD por medio de la banda.
6. Ajusta el reóstato del dinamómetro a su posición extrema, girando la perilladeésteensentidoantihorario. 7.Conectalafuentedealimentación. 8. Incrementa la tensión de CD, hasta que el motor empiece a girar (el motor tiene que girar en sentido horario, en caso contrario, desenergiza el circuito e intercambia los cables de conexión del campo serie). 9. Desenergiza la fuente de alimentación. 10. Desconecta la fuente de alimentación.
11. Incluye ahora el reóstato y el campo en derivación como se muestra enelsiguientecircuitodelsiguienteesquema2.
12. Conecta la fuente de alimentación.
13.Ajustaelvoltajedesalidade120Vcd. 14. Reduce a cero el voltaje y desconecta la fuente de alimentación, si el motor desarrolla una velocidad muy alta. 15. Intercambia las conexiones del campo en derivación en el circuito del
esquema2. 16. Conecta la fuente de alimentación.
17.Ajustanuevamenteelvoltajedesalidade120VCD.
118
Capítulo 2
18. Ajusta con el reóstato de campo en derivación para una velocidad del motorenvacíode1800rpm,deacuerdoaltacómetrodemano. 19. Aplica carga al motor con el dinamómetro, haciendo girar la perilla de control hasta que la escala marque 3 lbf * plg, manteniendo la tensión dealimentacióna120Vcd. 20.Midelossiguientesparámetros:
IL = __________ A CD
rpm = _________.
21. Repite los pasos 17 y 18 para cada valor de par lbf * plg, variando de 0 lbf * plg hasta 12 lbf * plg, manteniendo el voltaje constante y llena la siguiente tabla 1.
Tabla 1 E1 (volts)
I (amperes)
Velocidad (rpm)
Par (Lbf*plg)
120
0
120
3
120
6
120
9
120
12
22.Reduceaceroelvoltajeydesconectalafuentedealimentación. 23. En la siguiente gráfica 1 marca los valores de velocidad de motor obtenidos en la tabla 1 anterior.
119
Capítulo 2
2000
1600 M P R d a d i c o 1200 l e V
800
400
36
91
2
Par (Lbf*plg)
24. Traza una curva continua por los puntos marcados. 25. La gráfica representa la curva característica de la velocidad en función del par de un motor típico de CD con devanado compuesto. 26. Calcula la regulación de velocidad del motor compuesto (carga plena
=9lbf*plg),utilizandolasiguienteecuación. % Regulación =
Volts en servicio - Volts a plena carga Volts a plena carga
27.Comparalosresultadosobtenidos. 28.Limpiayguardaelequipoyherramientautilizadosenlapráctica. 29.Limpiaeláreadetrabajoalfinalizarlapráctica.
120
x 100
Capítulo 2
Resuelve los siguientes problemas: 1. Se tiene un motor de CD en conexión compuesto largo, que se alimenta a 250 volts y toma una corriente de 25 amperes de la línea, si su resistencia de armadura es de 0.1 Ω y la resistencia del devanado de campo en serie es de 0.05 Ω, mientras que la resistencia del campo paralelo (shunt) es de 50 Ω. Las pérdidas de fricción y ventilación son de
700watts.Calculalaeficienciadelmotorcompuesto. 2. Un motor compuesto de CD tiene una velocidad en vacío de 1800 rpm, y su velocidad a plena carga es de 1450 rpm. Calcula el porcentaje de regulación.
121
Capítulo 2
Práctica 8 Realiza la conexión y operación de un motor de inducción de corriente alterna. Propósito: Conecta un motor de inducción de corriente alterna de acuerdo consusespecificaciones,utilizandolasherramientayequiposnecesarios.
Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración: 8horas. Contenido teórico: Es importante que recuerdes que cuando se aplica potencia a un motor de inducción de fase partida, tanto el devanado de
operación (principal) como el de arranque (auxiliar) toman una corriente de carga que es de 4 a 5 veces mayor que la normal. Esto significa que la pérdida de calor en estos devanados es de 16 a 25 veces mayor que la normal, por lo que, el periodo de arranque debe ser corto para evitar que se sobrecalienten los devanados. También debes considerar que las elevadas corrientes de arranque producen una corriente proporcionalmente elevada en el rotor jaula de ardilla, de tal modo que todo el motor se calienta con mucha rapidez durante el arranque; ya que el alambre de diámetro pequeño que se utiliza en el devanado auxiliar de los motores de fase partida es especialmente vulnerable al sobrecalentamiento y, si no
se desconecta de la línea de alimentación, puede quemarse, pasados 4 o 6 segundos (Wildi, T. 1994). Desarrollo: Realiza la conexión y operación de un motor de inducción de corriente alterna, con la finalidad de determinar sus características de operación.
Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120VCD,0–120vCD) ·MódulodemedicióndeCD(20V,2.5A) ·MódulodemedicióndeCA(2.5/2.5/2.5A) ·MódulodemedicióndeCA(100VCA) ·MódulodemedicióndeCA(250VCA) ·Modulodemotordefasepartidaconarranqueporcapacitor ·Módulodeoperacióncontinuaporcapacitor ·Módulodemotordeinducciónderotordevanado ·Módulodewattímetrotrifásico ·Módulodemotor/generadordeCD ·Módulodewattímetromonofásico(750W) ·Módulodeelectrodinamómetro
122
Capítulo 2
· Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición! Procedimiento: 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3.Seleccionaelequipoyherramientaparaconectarelmotordeinducción de fase partida.
Revisa la estructura y los componentes del motor de fase parida con arranque por capacitor. Devanado principal
Rotor.
Devanado auxiliar del estator.
Entrehierro.
Polos principales del estator.
Anillos.
Polos auxiliares.
Capacitor.
Interruptor centrífugo.
123
Capítulo 2
4.ConlaayudadelÓhmetro,midelaresistenciade:
Devanado principal = __________
Ω
Devanado secundario = ________
Ω
5.Conectaelcircuitodelesquema1. 0 - 2.5 A CD 7
A 0 - 20 V CD
5 V CD
V 1
2
N
Esquema 1. Motor de fase partida.
6.Conectalafuentedealimentaciónyajústalaexactamentea5VCD. 7.Mideyanotaelvalordecorrientedeldevanadoprincipal.
I Devanado principal = _____________ A CD. 8. Con el valor de voltaje y corriente del circuito anterior, calcula la resistencia del devanado auxiliar.
R Devanado principal = _____________
Ω
9.Reduceaceroelvoltajeydesconectalafuentedealimentación. 10.Ahoraconectaelcircuitodelsiguienteesquema2.
124
Capítulo 2
0 - 2.5 A CD 7
A 0 - 20 V CD
5 V CD
V 3
4
N Esquema 2. Motor de fase partida.
11.Conectalafuentedealimentaciónyajústalaexactamentea5VCD. 12.Mideyanotaelvalordecorrientedeldevanadoauxiliar.
I Devanado Auxiliar = _____________ A CD. 13. Con el valor de voltaje y corriente del circuito anterior, calcula la resistencia del devanado auxiliar.
R Devanado Auxiliar = _____________ Ω. 14.Reduceaceroelvoltajeydesconectalafuentedealimentación. 15. Ahora conecta el circuito del esquema 3, el interruptor centrífugo se conecta en serie con el devanado auxiliar, ambos devanados se conectan
enparaleloconlafuentedealimentación,debesobservarqueelcapacitor no se está utilizando.
125
Capítulo 2
4
0 - 100 V CA
0 - 100 V CA
V
1 3 AUX
N
2
6 4
7 5 Esquema 3. Motor de fase partida.
16.Cierraelinterruptordelafuentedealimentación,elcontroldelvoltaje desalidadebemantenerseensuposiciónde100VCA. 17. Verifica que se puso en marcha el motor y si funcionó el interruptor centrífugo.
18.Midelasrpm,coneltacómetrodemano.
Rpm = _________. 19.Reducelatensióndealimentacióna80VCA. 20.Midelasrpm,coneltacómetrodemano.
Rpm = __________. 21.Ahoraconectaelcircuitodelsiguienteesquema4. A
1
0 - 25 A CA
120 V CA
N
126
1
Devanado principal 2 Esquema 4.
Capítulo 2
22. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y tan pronto como
sea posible (menos de 3 segundos), mide la corriente que pasa por el devanado principal.
I Devanado principal = ____________ A ca 23. Desconecta la fuente de alimentación. 24. Desconecta los cables del devanado principal y conéctalos en el
devanadoauxiliar,comosemuestraenelcircuitodelesquema5. A
1
0 - 25 V CA 120 V CA
N
3
Devanado auxiliar 4
Esquema 5. 25. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y tan pronto como
sea posible (menos de 3 segundos), mide la corriente que pasa por el devanado auxiliar.
I Devanado Auxiliar = ____________ A ca 26. Desconecta la fuente de alimentación.
27.Ahoraconectaelcircuitodelsiguienteesquema6.
127
Capítulo 2
A
1
Devanado principal 120 V CA
1
2
3 Devanado principal 4
N
Esquema 6.
28.Acoplaeldinamómetroalmotordefasepartidautilizandolabanda. 29. Conecta el dinamómetro a la salida fija de 120 V CA de la fuente de alimentación. 30. Gira la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema
en sentido horario, para proporcionar una carga máxima de arranque al motor de fase partida. 31. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y mide la corriente
dearranquetanrápidocomoseaposible(enmenosde3segundos).
I Arranque = _____________ A CA. 32. Reduce a cero la tensión y desconecta la fuente de alimentación. 33. Para operar el motor de fase partida, conecta el circuito del siguiente
esquema7. 0 - 8 A CA A
1 1 0 - 120 V CA
0 - 250 V CA V
W 2
2
3 4
1 3
2 4
6
7 5 Esquema 7. Motor de fase partda.
128
Capítulo 2
34.Conectalafuentedealimentaciónyajústalaa120VCA. 35. Mide y anota en la tabla 1, la corriente de línea, la potencia y la velocidaddelmotor,paracadavalordevoltajeestablecidoenlatabla1. Observacomovibraelmotoryanótaloenelrenglóncorrespondiente.
Tabla 1 E (volts)
I (amperes)
P (watts)
Velocidad (rpm) Vibración
120 90 60 30
36.Reduceaceroelvoltajeydesconectalafuentedealimentación. 37. Para una operación a plena carga del motor de fase partida, acopla el dinamómetro mediante la banda.
38. Conecta las terminales de entrada del dinamómetro a la salida fija de120VCA. 39. Gira la perilla en sentido antihorario (para proporcionar al motor de fasepartidalamínimacargadearranque). 40.Conectalafuentedealimentaciónyajústalaa120VCA. 41. Mide y anota en la tabla 2, la corriente de línea, la potencia y la velocidaddelmotor,paracadaparindicadoendichatabla.
Tabla 2 PAR (lbf*plg) I (amperes)
VA
P (watts)
Velocidad (rpm) Hp
0 3 6 9 12
42.Calculayanotaenlatablaanteriorlapotenciaaparente(VA)entregada al motor para cada par señalado.
129
Capítulo 2
43. Calcula y anota en la tabla anterior los caballos de fuerza desarrollados para cada par indicados. Utilizando la siguiente fórmula:
1.59 (par)(rpm) 100000
HP =
44. Para la conexión del motor de inducción con arranque por capacitor, conectaelcircuitodelesquema8.
A
1 120 V CA
0 - 25 A CA
Devanado principal N
1
2
45. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y mide tan rápidamente
como sea posible (en menos de 3 segundos), la corriente que pasa por el devanado principal.
I Devanado principal = ____________ A ca 46. Desconecta la fuente de alimentación.
47. Desconecta los cables del devanado principal y conéctalos en el devanado auxiliar, y al capacitor como se muestra en el circuito del
esquema9.
130
Esquema 8.
Capítulo 2
1
A 0 - 25 A CA
120 V CA
Devanado auxiliar N
Esquema 9.
3
180 µf 4
5
48.Cierraelinterruptordelafuentedealimentaciónymidetanrápidamente como sea posible (en menos de 3 segundos), la corriente que pasa por el devanado auxiliar.
I Devanado Auxiliar = ____________ A CA. 49. Desenergiza el circuito y desconecta la fuente de alimentación.
50. Ahora conecta los dos devanados en paralelo del motor como se muestraenelsiguienteesquema10. A
1 120 V CA
0 - 25 A CA
Devanado principal 1 2 Devanado auxiliar
N Esquema 10.
3
4
180 µf 5
51. Acopla el dinamómetro al motor con arranque por capacitor utilizando la banda.
52. Conecta las terminales de entrada del dinamómetro a la salida fija de 120VCAdelafuentedealimentación. 53. Ajusta la perilla de control de dinamómetro en sentido horario para obtener una carga máxima de arranque para el motor con arranque por capacitor.
131
Capítulo 2
54. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y mide la corriente
dearranquetanrápidamentecomoseaposible(enmenosde3segundos).
I Arranque = _____________ A CA. 55. Compara los resultados de los esquemas 8, 9 y 10, con los esquemas 4, 5 y 6.
56.Ahoraconectaelcircuitodelsiguienteesquema11. 0 - 8 A CA 4
A 1
3
0 - 120 V CA
0 - 250 V CA
W 2
V
1
2
4 3
N
4
7 6
5
Esquema 11. Motor
58. Ajusta la perilla de control de dinamómetro en sentido antihorario de arranque con para ofrecerle el mínimo par resistente al arranque del motor de arranque capacitor por capacitor.
59.Conectalafuentedealimentaciónyajústalaa120VCA. 60. Mide y anota en la tabla 3, la corriente de línea, la potencia y la velocidad del motor para cada par indicado en la tabla 3.
Tabla 3 PAR (lbf*plg) I (amperes) 0 3 6 9 12
132
VA
P (watts)
Velocidad (rpm) Hp
Capítulo 2
61. Calcula y anota en la tabla anterior, la potencia aparente suministrada al motor para cada uno de los pares indicados. 62. Calcula y anota en la tabla anterior, la potencia desarrollada en Hp para cada par anotado, utilizando la siguiente fórmula. 1.59 (par)(rpm) 100000
HP =
63.Ahorapreparaelmotordeinducciónderotordevanado.
Revisa la estructura y los componentes del motor de inducción de rotor devanado: Anillos colectores. Escobillas. Devanados del estator. Devanados del rotor. Potencia nominal del motor. Velocidad nominal del motor. 64.Conecteelcircuitodelsiguienteesquema12.
Esquema 12. Motor de inducción de rotor devandado.
0 - 250 V CA 1
E1
208 V1 V CA 2
Wattímetro W1 1 2 3
W2 4 5 6
208 V CA
T A A
0 - 120 V cd
Motor de C-C de derivación.
1 N
3
1 2
T
3 7
Motor de inducción de rotor devanado
0 - 2.5 A CA T A
4
7
5 3
2
8 6
9 V2 E2 0 - 250 V-CA
4
8 5 0 - 120 V cd N
6 7
8
133
Capítulo 2
65. Acopla el motor generador de CD al motor de rotor devanado, por medio de la banda.
66. Conecta la fuente de alimentación. Mantén en cero el control del voltajevariabledesalida(elmotordeCDdebeestarparado). 67.Mideyanotalossiguientesparámetros. E1 = ____________.
W1 = ____________.
W2 = ___________.
I1 = _____________.
I2 = _____________.
I3 = ____________.
E2=____________. 68.Desconectalafuentedealimentación.
69. Calcula la potencia aparente, potencia real y potencia reactiva.
S = _________VA.
P = _________ Watts
Q = _________VAR
70.Conectalafuentedealimentaciónyajustaelvoltajedesalidavariable de CD para una velocidad del motor de exactamente 900 rpm.
71.Mideyanotalossiguientesparámetros: E1 = ____________.
W1 = ____________.
W2 = ___________.
I1 = _____________.
I2 = _____________.
I3 = ____________.
E2=____________.
134
Capítulo 2
Nota: Si el valor de E2 es menor que el del procedimiento 66, desconecte la fuente de alimentación e intercambie dos de los tres cables del estator.
72. Aumenta el voltaje variable de salida de CD, a 120 V CD y ajusta el reóstatodecampoaunavelocidaddelmotordeexactamente1800rpm. 73.Mideyanotalossiguientesparámetros: E1 = ____________.
W1 = ____________.
W2 = ___________.
I1 = _____________.
I2 = _____________.
I3 = ____________.
E2=____________. 74.Reduceelvoltajeaceroydesconectalafuentedealimentación. 75. Ahora conecta el motor de inducción de rotor devanado de acuerdo alcircuitoquesemuestraenelsiguienteesquema13.
Esquema 13. Motor de inducción de rotor devandado.
76.Acoplaeldinamómetroalmotorpormediodelabanda. 77. Conecta las terminales de entrada del dinamómetro a la salida fija de 120 v CA de la fuente de alimentación.
135
Capítulo 2
78. Ajusta la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema en sentido horario (a fin de proporcionarle al motor la máxima carga en elarranque) 79. Conecta la fuente de alimentación y ajústela aun voltaje E1 de 100 V CA. El motor debe girar con lentitud.
80.Mideyanotalastrescorrientesdelrotoryelpardesarrollado. I1 = __________.
I2 = ___________.
I3 = __________.
par = __________ lbf * plg
81. Reduce gradualmente la carga del motor haciendo girar con lentitud la perilla de control del dinamómetro. Conforme se reduce la carga, aumentará la velocidad del motor.
82.Observaquepasaconlastrescorrientesdelrotor. 83.Ahorapreparaelmotordeinduccióndejauladeardilla.
Revisa la estructura y los componentes del motor de inducción de jaula de ardilla. Abanico de enfriamiento. Rotor. Estator. Devanados. 84.Ahoraconecteelcircuitodeacuerdoalsiguienteesquema14.
136
Capítulo 2
0 - 250 V CA 4
E1 0-208 V V CA
5
0 - 2.5 A CA I1 A
Wattmetro W1
W2
1 2 3
4 5 6
I2
0-208 V CA
Motor de inducción jaula de ardilla
A
I3 A
6
1 2 3
4 5 6
Electro-dinamómetro 1 120 V CA N Esquema 14 Motor de inducción jaula de adilla.
85. Conecta la fuente de alimentación y ajústela aun voltaje E1 de 208 V CA. El motor debe comenzar a girar.
86.Mideyanotalossiguientesparámetros. I1 = __________.
W1 = ___________.
I2 = __________.
W2 = ___________.
I3 = __________.
rpm = __________.
87.Reduceelvoltajeaceroydesconectalafuentedealimentación. 88.Acoplaelmotoraldinamómetropormediodelabanda. 89. Ajusta la perilla de control del dinamómetro a su posición extrema en sentidoantihorario.
137
Capítulo 2
90. Anota las mediciones en la siguiente tabla 4.
Tabla 4 PAR (lbf *plg)
I1 (amp.)I
2 (amp.)
I3 (amp. )W1 (watts)
W2 (watts) Velocidad. (rpm)
0 3 6 9 12
91.Limpiayguardaelequipoyherramientautilizadosenlapráctica. 92.Limpiaeláreadetrabajoalfinalizarlapráctica.
Resuelve los siguientes problemas: 1.CalculalapotenciaenHp,paraunmotordefasepartidaquetieneuna velocidad de 3600 rpm y un par de 3 lbf * plg. Utiliza la siguiente fórmula.
HP =
1.59 (par)(rpm) 100000
2. Calcula cual debe ser el par para que un motor de fase partida desarrolle una velocidad de 1800 rpm, si cuenta con un Hp de 0.25. Despejalafórmulaanterior. 3. Cual será la velocidad de un motor de fase partida de ¾ de Hp, si el par aplicado es de 6 lbf * plg.
138
Capítulo 2
Práctica 9 Realiza la conexión y operación de un motor síncrono. Propósito: Conecta un motor síncrono de acuerdo con sus especificaciones, utilizandolasherramientayequiposnecesarios. Lugardetrabajo:Laboratoriootallerdeelectricidad. Duración:4horas. Contenido teórico: Debes recordar que el nombre de motor síncrono deriva del término velocidad síncrona, que es la velocidad natural del campo magnético giratorio del estator, por lo que la velocidad natural de rotación es determinada por el número de pares de polos y la frecuencia
de la potencia aplicada. Al igual que el motor de inducción, el par desarrollado no depende de las corrientes de inducción del rotor y su principio de operación es el siguiente: Se aplica una fuente multifásica de CA a los devanados del estator y se produce un campo magnético rotatorio, posteriormente, se aplica una corriente directa a los devanados
del rotor produciendo un campo magnético fijo, debido a que el motor síncrono está construido de tal forma que cuando estos dos campos magnéticos reaccionan entre sí, el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio, al aplicar una carga al eje del rotor, este tendrá un atraso momentáneo con relación al campo giratorio; pero seguirá girando a la misma velocidad síncrona. Para entender como se
produce este atraso; puedes imaginarte que el rotor está acoplado a un campo giratorio por medio de una banda elástica, en la cual las cargas
pesadas harán que se estire la banda de modo que la posición del rotor tendrá cierto atraso con respecto al campo del estator, pero el rotor seguirá girando a la misma velocidad. Si la carga es demasiado grande, el rotor se saldrá de sincronismo con el campo giratorio y, como resultado,
se parara, lo que se denomina sobrecarga del motor. También es bueno que recuerdes que el motor síncrono no tiene par de arranque propio, de modo que, una vez parado este, no habría manera de hacer que entre en acoplamiento magnético con el campo magnético giratorio. Por esta
razón, todos los motores síncronos requieren de algún medio de arranque (Wildi, T. 1994). Desarrollo: Realiza la conexión y operación de un motor síncrono, con la finalidad de determinar sus características de operación.
139
Capítulo 2
Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120VCD,0–120vCD) ·MódulodemedicióndeCA(0–8A). ·MódulodemedicióndeCA(250VCA). ·Modulodemotorsíncrono. ·Módulodeelectrodinamómetro. ·Módulodeinterruptordesincronización. · Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición! Procedimiento: 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3.Seleccionaelequipoyherramientaparaconectarelmotordeinducción de fase partida.
4.Verificalascaracterísticasdelmotorsíncrono.
140
Capítulo 2
5. Revisa las características de los componentes del motor síncrono.
Devanado del estator. Rotor del motor. Interruptor de presión (si lo tiene). Anillos colectores. Escobillas. Devanado amortiguador. Polos salientes. 6.Conectar el circuito del siguiente esquema 1.(Procedimiento de arranque sin interruptor de presión S, pon el interruptor en la posición off).
0 - 2.5 A CA 1
A
1 1
4
2 2
5
3
6
S
208 V CA 2
A
R = 150 Ohms
208 V CA Esquema 1. Motor síncrono.
3
A
3
7
8
7. Ajusta la perilla de control del reóstato a la máxima resistencia, para obtener la mínima corriente de excitación del estator.
8.Conectalafuentedealimentaciónymidelossiguientesparámetros: I1 = ________ A ca
I2 = ________ A ca
I3 = _________ A ca
Velocidadmínima=__________rpm.
141
Capítulo 2
9. Ajusta la perill perillaa de control del reóstato en sentid sentidoo horario para obtene obtenerr la máxima corriente de excitación del estator.
I1 = ________ A ca
I2 = ________ A ca
I3 = _________ A ca
Velocidadmínima=__________rpm.Velocidadmedia=___________rpm 10. Reduce poco a poco con la perilla de control del reóstato la excitación
dell es de esta tato torr ha hast staa qu quee la co corr rrie ient ntee lllleg egue ue a su va valo lorr mí míni nimo mo (d (deb ebes es mantener esta posición).
11. 1.Marca Marcala lapo posic sición iónde dellreóstato reós tato.. 12.Observaelsentidodegirodelmotor. 13. Ahora desene desenergiza rgiza el circuito e invier invierte te la conexi conexión ón de dos de los tres cables de alimentación del motor. 14. Energiza el circuito y observa el cambio en el sentido de giro del motor. 15. Desenergiza el circuito y desconecta la fuente de alimentación.
16. An Ante tess de qu quee pr proc oced edas as a ar arra ranc ncar ar el mo moto torr sí sínc ncrrono ono,, an anot otaa los siguientes datos del motor.
Tensión nominal de los devanados del estator. Corriente nominal de los devanados del estator. Tensión nominal del devanado del rotor. Corriente nominal del devanado del rotor. 17.Ahoraconectaelcircuitodelsiguienteesquema2.
142
Capítulo 2
1 208 V CA 2 208 V CA 3
Interru ptor de Motor síncrono Interruptor sincronización 1
Electro-dinamómetro
2 3
4 5 6
0 - 8 A CA CA 1 I1 A
S
4 5
2
8
Esquema 2. Motor síncrono.
3
6
7
8
120 V CA N 1 120 V CD N
18.Acoplaeldinamómetropormediodelabandaalmotor. 19.Ajustalaperillaal40%deexcitación. 20. Coloca en la posici posición ón “off “off”” el interr interruptor uptor de sincroni sincronizació zaciónn que servir serviráá de interr interruptor uptor para la potenc potencia ia trifás trifásica ica que aliment alimentaa los devanad devanados os del estator.
21. Ajust Ajustaa el re reósta óstato to de campo a un valor de re resistenc sistencia ia cer cero, o, gira girando ndo laperillaasuposiciónextremaenelsentidohorario. 22. Cierra el interruptor S, si el motor lo incluye. 23. Energiza el circuito. 24. Cierra el interruptor de sincronización (no debe exceder de 10 segundos esta prueba prueba).). 25. Desenergiza la fuente de alimentación. 26. Abre el interruptor de sincronización y determina si debe arrancarse el motor si existe excitación de CD en su campo.
27. Conec Conecta ta el ro rotor tor del motor síncr síncrono ono a la salida variabl variablee de 0 – 120 V CD de la fuen fuente te de alim aliment entació ación, n, no cam cambies bies ning ninguna una de las demá demáss conexi con exione onesso olo lossaj ajust ustes esde decon control. trol. 28.Energizaelcircuitoconlatensiónvariableencero. 29. Cierra el interruptor de sincronización.
143
Capítulo 2
30.Verificasifuncionalamáquinacomomotordeinducción. 31.Ajustalentamentelafuentedetensióna120VCD. 32. Reduce la tensión a cero y desconecta la fuente de alimentación.
33.Aho 33. Ahora raco conect nectaaelcircuit ci rcuitoode dellsigui si guiente enteesq esquem uemaa3.
1 208 V CA 2 208 V CA 3
0 - 8 AC-A I1 A
E1 V
Electro-dinamómetro
Motor síncrono
0 - 250 V CA S 1
4 5
2 3
0 - 250 V CA
6
7
8
V E2
1 120 V CA N
Esquema 3. Motor síncrono.
34. Ajusta la peril perilla la de control del dina dinamómetro mómetro a su posic posición ión extrema en elsentidohorario,paraunamáximacargadearranque. 35. Cierra el interruptor S si el motor síncrono lo tiene. 36. Energiza el circuito y mide los siguientes parámetros.
E1=_ ___ ____ ____ __V Vc caa
E2=_ ___ ____ ____ ___ _VV ca
I2= I2 =__ _____ ______ ___A Aca ca
parde dear arra ranqu nquee= =__ _____ ______ _____ __lbf lbf*pl *plg. g.
37. Desenergiza la fuente de alimentación, calcula la potencia aparente y elparmotoraplenacargaa¼Hp.,a1800rpm. S=_ ___ ____ ____ ____ __V VA A
144
parra pa ap ple lena nac car arga ga= =_ ___ ____ ____ ___ _lb lbff*p *plg lg..
Capítulo 2
38.Calculalarelaciónentreelpardearranqueyelparaplanacarga. 39. Energiza el circuito. 40. Reduce la carga, girando la perilla de control del dinamómetro en
sentidoantihorario,ObservaqueocurreconlatensiónE2. 41.Limpiayguardaelequipoyherramientautilizadosenlapráctica. 42.Limpiaeláreadetrabajoalfinalizarlapráctica.
Resuelve los siguientes problemas. 1. ¿Cual será la velocidad síncrona del estator de un motor de CA de 4 polos, conectado a una tensión de 120 volts a 60 Hz?. Utiliza la siguiente fórmula.
Ss =
120 f NoP
2. Calcula el número de polos que requiere un motor de CA si debe ser conectado a una tensión de 120 V CD, 60 Hz y tiene una velocidad 1200 rpm. Utiliza la siguiente fórmula.
Ss =
120 f NoP
3.UnmotordeCAde8polos,seconectaaunalíneade60Hzyadquiere una velocidad de 800 rpm. Calcula su deslizamiento y la frecuencia del rotor del motor. Utiliza las siguientes fórmulas.
Ss =
120 f NoP
S=
Ss - Sr Ss
Fr = f x S
145
Capítulo 2
Práctica 10 Realiza la operación de una planta de emergencia eléctrica. Propósito: Opera una planta eléctrica de emergencia mediante el arranque y paro, para apreciar el funcionamiento del generador eléctrico de acuerdo
consusespecificaciones,utilizandolasherramientayequiposnecesarios.
Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración: 4horas. Contenido teórico: Debes tener presente en esta práctica que las fallas eléctricas resaltan el valor de una planta de emergencia cuando es crítico el respaldo de energía durante largos periodos de tiempo, como consecuencia
delagranvariedaddedesastresnaturalesquepuedenprovocarfallasenel suministro de electricidad por largos periodos de tiempo; inundaciones, rayos,
huracanesetc.Inclusivealgotansimplecomountransformadorquemadoo un auto chocado contra un poste del servicio eléctrico pueden causar que elservicioseainterrumpidoporundíaodos.Debidoaqueenlaactualidad dependemos de la electricidad, cuando falta la energía eléctrica por más de algunos minutos la situación se convierte en algo realmente desagradable.
Tanprontolafalladeenergíaseextiendepormásdeunahorasepresentan problemasquepuedensercostososeinclusivepeligrososcomoporejemplo:la falta en el funcionamiento del aire acondicionado, la calefacción, el suministro
deagua,opeoraúnsiexisteequipomédicolafalladeenergíaentoncesse convierte en una situación de vida o muerte. Cuando el tiempo de respaldo es considerable entonces la solución es la implementación al sistema de una planta de emergencia, la cual esta diseñada para obtener energía a través del
uso de combustibles, al igual que un motor de un automóvil, aprovecha la combustión para generar energía mecánica y esta ser transformada en energía
eléctrica,deahílaimportanciadesaberoperarlas.
Desarrollo: Realiza la operación de una planta eléctrica de emergencia, con la finalidad de apreciar su funcionamiento.
Material y/o equipo: · Planta de emergencia didáctica (generador eléctrico). ·Voltímetro. · Amperímetro. · Wattímetro. · Tacómetro de mano. ·Multímetrodigital. · Desarmador plano.
146
Capítulo 2
· · · · · · · · · · ·
Desarmador de cruz. Pinzas de electricista. Franela. Bata de laboratorio. Guantes de carnaza. Zapatos dieléctricos. Casco. Cuaderno de apuntes. Formato de reporte sugerido. Lápiz. Goma.
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición! Procedimiento: 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3. Selecciona el equipo y herramienta para la operación de la planta de emergencia.
4. Realiza las actividades previas al arranque de la planta de emergencia eléctrica.
Fíjate que el nivel del refrigerante esté en sus 2/3 partes del depósito. Verifica el indicador del filtro de aire, si se haya en el sector rojo, hay que montar uno nuevo. Verifica el nivel de aceite del motor en la varilla de nivel, el cual debe estar entre las marcas de la varilla y nunca por debajo de la marca inferior. Observa que la cantidad de combustible es la suficiente en el depósito y abre los grifos de paso. Checa que el interruptor principal esté conectado (cuando el generador esté en marcha, nunca debes accionar este
147
Capítulo 2
interruptor para acoplarlo o desacoplarlo, ya que se podría averiar el regulador de carga). 5. Para que realices el arranque de la planta de emergencia, sigue las indicaciones del fabricante.
Verifica si la planta de emergencia cuenta con calefactor de arranque (se acopla y desacopla automáticamente). Evita utilizar “spray” o algún otro producto parecido para facilitar el arranque. Coloca la llave en la posición de arranque e inicia el arranque. 6. Haz una pausa antes del siguiente arranque si el motor no arranca al primer intento (en caso de no arrancar en el primer intento). Desembraga el motor. Pon el acoplador en la posición de plenos gases. Coloca la llave en la posición de funcionamiento. Verifica que se enciendan las luces de advertencia de la temperatura del refrigerante de la presión de aceite y de carga. Pulsa el botón de prueba de alarma y comprueba que estas se ponen en funcionamiento. Pon la llave en la posición de incandescencia y verifica que se encienda la luz de advertencia. Suelta la llave para que vuelva a la posición inicial. Arranca el motor poniendo la llave en la posición de arranque cuando se ha apagado la luz. Suelta la llave tan pronto ha arrancado el motor y pon el acelerador en la posición de ralentí. 7. Realiza el siguiente procedimiento durante la marcha del motor de la planta de emergencia.
Verifica que los instrumentos de medición indiquen valores normales. Deja que se caliente el motor a baja carga a ralentí rápido,
148
Capítulo 2
evitando embalar el motor frío. Mantén la velocidad del motor a 1400 rpm, durante el periodo de calentamiento. Verifica que la presión de aceite se encuentre en los rangos marcados en el manual del fabricante (la luz de advertencia debe estar apagada). Evita hacer funcionar el motor con una presión de aceite demasiado baja. Verifica que se apague la luz testigo de carga (lo que será indicación de que el alternador suministra corriente para cargar las baterías, si la luz de advertencia de la temperatura se enciende también cuando hay una avería en el circuito de carga pero la alarma no suena). Checa que la temperatura del refrigerante se alza al valor normal entre los rangos marcados en el manual del fabricante, estando apagada la luz de advertencia. 8 .Realiza el embrague desacoplado con la palanca de accionamiento (para el acoplamiento se empuja la palanca hacia delante en dirección delmotoryhaciaatrásparapuntomuerto). 9. Realiza las mediciones en el generador con los instrumentos de medición.
Realiza las mediciones de voltaje en los puntos establecidos con el voltímetro. Realiza las mediciones de corriente en los puntos establecidos con el amperímetro. Realiza las mediciones de potencia en los puntos establecidos con el wattímetro. Realiza las mediciones de velocidad en los puntos establecidos con el tacómetro. 10. Desarrolla las siguientes actividades al parar el motor de la planta de emergencia.
Deja funcionar el motor descargado durante algunos minutos para que descienda la temperatura. Detén el motor poniendo la llave en la posición de paro y tira
149
Capítulo 2
luego del mando de pare, si el motor lo tiene manual. Corta la corriente cuando se ha parado el motor, poniendo la llave en la posición poner y quitar la llave para evitar que se descarguen las baterías. Desconecta el interruptor maestro y cierra el grifo de paso del combustible (el interruptor maestro nunca debe desacoplarse mientras el motor está en marcha). 11. Realiza un reporte de la práctica describiendo la secuencia y funcionamiento del motor de la planta de emergencia.
12. Limpia y guarda la herramienta y equipo utilizada en el desarrollo de la práctica.
13.Limpiaeláreadetrabajo.
Formato propuesto para preparar el funcionamiento de la planta de emergencia.
Actividad a realizar Nivel de refrigerante. Filtro de aceite. Nivel de aceite. Nivel de combustible.
150
Alto Normal Bajo Observaciones
Capítulo 2
Formato propuesto para antes del funcionamiento de la planta de emergencia.
151
Capítulo 2
Formato propuesto para durante el funcionamiento de la planta de emergencia. Actividad a realizar
Alto
Normal
BajoO
bservaciones
Los instrumentos de medición indican valores normales. Deja calentar el motor. Mantén la velocidad a 1400 rpm, en el calentamiento. La presión de aceite esta en rango normal, de acuerdo al manual. Evita el funcionamiento del motor con baja presión de aceite. Se apaga la luz de car ga cuando se cargan las baterías. La temperatura del refrigerante es la normal. Acopla el embrague con la palanca de accionamiento. Existe voltaje de alimentación. Existe corriente de carga. La velocidad es de 1400 rpm.
Formato propuesto para el paro de la planta de emergencia. Actividad a realizar Deja el motor descargado unos minutos, antes de pararlo. Para el motor con llave en la posición de paro. Corta la corriente cuando se para el motor. Desconecta el interruptor maestro al parar el motor. Cierra el grifo de paso de combustible.
152
Alto
Normal
Bajo
Observaciones
Capítulo 2
Práctica 11 Realiza la operación de motores eléctricos. Propósito: Opera los motores eléctricos a tensión reducida mediante el arranqueyparodediferentesformas,deacuerdoconsusespecificaciones yutilizandolasherramientayequiposnecesarios.
Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración:5horas. Contenido teórico: Debes considerar en esta práctica que cuando se arranca un motor eléctrico conectándolo directamente a la tensión de la
red, absorbe inicialmente una elevada corriente de arranque que según el tipo de motor puede llegar hasta 7 u 8 veces el valor de su corriente de régimen normal, desarrollando así un elevado torque de arranque que puede aumentar al 160 % de su valor nominal Esta corriente y torque elevado pueden causar problemas en el sistema eléctrico, así como también en la máquina accionada o en los materiales que son procesados, no así los motores de poca potencia, en los cuales el exceso
de corriente absorbida al arranque no preocupa mayormente, por lo que el arranque directo es un sistema muy simple y económico para iniciar la marcha o detener cualquier motor eléctrico pequeño, ya sea monofásico o trifásico de inducción. Por tanto en los motores grandes, el exceso de corriente suele producir sobrecargas y perturbaciones graves para todo
el sistema de distribución, por lo que para iniciar la marcha de un motor eléctrico se debe arrancar a tensión reducida, en la cual la corriente en las terminales del motor disminuye en proporción directa con la tensión
reducida mientras que el torque se reduce en la relación del cuadrado dedichatensión. Entre los sistemas de arranque de motores a tensión reducida que la industria eléctrica puede ofrecer, sobresalen cuatro sistemas que son los más conocidos:
a)Sistema de resistencias primarias. b)Sistema de autotransformador. c)Sistema estrella-triángulo. d)Sistema de bobinados parciales. De los cuatro sistemas mencionados, los dos primeros son los mas utilizados,
ya que no requieren de componentes especiales en la construcción de los motoresdeinducción(Alerich,W.1998).
153
Capítulo 2
Desarrollo: Realiza la conexión y operación de motores eléctricos a tensión reducida mediante el arranque y paro de diferentes formas, con la finalidad de determinar sus características de operación.
Material y/o equipo: ·Motordeinduccióntrifásico,220Volts. · Interruptor termo-magnético. · 3 Contactores magnéticos de tres polos. · Relevador de sobrecarga. · Banco de resistencias trifásico. · Autotransformador trifásico en delta y estrella. · 2 fusibles de 3 amperes-250 volts, con base porta-fusible. ·Timer“ondelay”,tiponeumático. ·Transformadordecontrol220/110volts60Hz. · Estación de botón pulsador doble. ·Juegodeelementostérmicos. · Contacto auxiliar (N.C). ·Multímetrodigital. · Fuente de CA trifásica. · Pinzas de electricista. · Pinzas de punta. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.
¡En este experimento se manejan altos voltajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconectar la fuente después de realizar cada medición!
154
Capítulo 2
Procedimiento: 1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.
2. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas de seguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica. 3.Seleccionaelequipoyherramientaparadesarrollarlapráctica. 4. Para que arranques un motor trifásico jaula de ardilla a tensión reducida por medio de resistencias primarias, arma el circuito del siguiente
esquema1.
Parar
2
Arrancar 3 TR
1
L1
OL´S
L2
TR A
TR
M
A
M
M TR B
L3
M A
A OL
OL T2
L1 Esquema 1. Motor de inducción a tensión reducida.
N
T1 Motor T3
5. Energiza el circuito y realiza las mediciones de voltaje, corriente, potencia y resistencia. 6. Registra tus conclusiones.
7. Arranca un motor trifásico jaula de ardilla a tensión reducida por medio de un auto transformador, para eso conecta el circuito mostrado
ensiguienteesquema2.
155
Capítulo 2
Esquema 2
8.Energizaelcircuitodelesquemaanterior. 9.Realizalasmedicionesdevoltaje,corrienteyvelocidad. 10. Registra tus conclusiones.
11. Para arrancar el motor trifásico jaula de ardilla a tensión reducida porconexiónestrella–delta,conectaelcircuitodelsiguienteesquema3.
156
Capítulo 2
L1 L2 L3
L1
BP
BA
N TM
O.L.S. S
S
S
S
S TM TM
S
S.C.
P
P
S
S
P
S.C.
2M T1 T2 T3 T4 T5 T6
Esquema 3. Motor de induccion jaula de ardilla en conexion estrella delta
1
4
2
5
3
6
12.Energizaelcircuitodelesquemaanteriorycompáraloconloscircuitos delosesquemas1y2. 13.Realizalasmedicionesdevoltaje,corrienteyvelocidad. 14. Registra los resultados. 15. Realiza un reporte de la práctica con los resultados y las conclusiones.
16.Limpiaelequipoutilizadoenlapráctica. 17.Limpiaeláreadetrabajoalfinalizarlapráctica.
157
Capítulo 2
Cuadro comparativo sugerido de parámetros de la conexiones del motor. Tipo de conexión del motor de inducción jaula de ardilla.
E1 T1-T2
E2 T2 - T3
I1
I2
I3
Velocidad
Motor de inducción jaula de ardilla conexión de resistencias primarias. Motor de inducción jaula de ardilla conexión de autotransformador. Motor de inducción jaula de ardilla conexión estrella – delta.
Contesta las siguientes preguntas: 1. Explica la función de los relevadores térmicos de sobrecarga. 2. ¿Cuáles son los dos tipos de elementos térmicos? 3. Explica el funcionamiento del elemento térmico de aleación fusible.
4.¿Conbaseenquécaracterísticadelmotorseseleccionanloselementos térmicos?
5. Explica, porqué es necesario permitir enfriarse a los elementos térmicos del relevador de sobrecarga después de haberse activado como consecuencia de una sobrecorriente.
158
Capítulo 2
Autoevaluación Instrucciones: Subraya la respuesta correcta. 1. ¿Cuál es el dispositivo capaz de convertir la energía eléctrica en energía mecánica? a) Transformador b) Generador eléctrico
c)Máquinadevapor d)Motoreléctrico 2. Se denomina así al aparato que permite convertir la energía mecánica en energía eléctrica: a) Transformador
b) Generador eléctrico
c)Máquinadevapor d)Motoreléctrico 3. Es denominado como una máquina capaz de elevar o disminuir el valor de la corriente eléctrica: a) Transformador
b) Generador eléctrico
c)Máquinadevapor d)Motoreléctrico 4.Estamáquinaescapazdeproporcionarenergíaeléctricacontinua: a) MotordeCDenserie b) Generador de CD c)MotordeCDenparalelo d)GeneradordeCA 5. Esta máquina tiene la capacidad de generar una energía eléctrica que varía de polaridad y sentido:
a) Motor deCDenserie b) Generador deCD c)MotordeCDenparalelod)GeneradordeCA 6. Esta máquina tiene la característica es contar con un alto par de arranque: a) Motor deCDenserie b) Generador deCD c)MotordeCDenparalelo d)GeneradordeCA 7. Esta máquina posee la característica de tener una velocidad casi constante.
a) MotordeCDenserie b) Generador de CD c)MotordeCDenparalelo d)GeneradordeCA
159
Capítulo 2
8.Elconmutadorocolectoresunelementoquepodemosencontraren: a) El motor difusor
b) El generador de CA
c)ElgeneradordeCDd)Motordeinducción 9.Losanillosrozantessonelementosquecomponena: a) El motor universal
b) El generador de ca
c)ElgeneradordeCDd)Motordeinducción 10.Elrotorjauladeardillaesunelementoquecaracterizaa: a) El motor universal
b) El generador de ca
c)ElgeneradordeCDd)Motordeinducción 11.EstamáquinapuedeseralimentadatantoporvoltajedeCAodeCD: a) El motor universal
b) El generador de ca
c)ElgeneradordeCD
d)Motordeinducción
12. Se denomina así al movimiento oscilatorio de las partículas de un sólido:
a) Motor deinducción c) Rotor
b) Vibración d) Motor síncrono
13. En un motor de corriente directa el inductor también es llamado:
a)Motordeinducción c) Rotor
b)Vibración d) Motor síncrono
14. Los motores asíncronos también son conocidos como:
a) Motor deinducción c) Rotor
b) Vibración d) Motor síncrono
15.Estedispositivotienelacaracterísticadequesuinductoresfijo. a) Motor deinducción b) Vibración c) Rotor d) Motor síncrono 16.SondosdelosdevanadosqueposeeunmotordeCD: a) En corto circuito
c) Compuesto
b) Auxiliar y principal
d) Serieyshunt
17.Sonlosdevanadosquecomponenaunmotordefasepartida: a) En corto circuito
c) Compuesto
160
b) Auxiliar y principal
d) Serieyshunt
Capítulo 2
18.Estedevanadosóloseutilizaparaarrancarunmotordefasepartida: a) Capacitor c) Devanado principal
b) Devanado auxiliar d) Interruptor centrífugo.
19. Este dispositivo permite desconectar el devanado auxiliar de un motor de fase partida: a) Capacitor b) Devanado auxiliar c) Devanado principal d) Interruptor centrífugo.
20. Este devanado es el que se queda operando en un motor de fase paridaunavezqueyaarrancó: a) Capacitor c) Devanado principal
b) Devanado auxiliar d) Interruptor centrífugo.
161
Capítulo 2
Respuestas a las actividades Actividad 1. Identifica las partes de cada generador para determinar a que tipo pertenece.
Partes del motor: A=Inducido B=Bocina Inductora C=Escobillas o carbones D=Colector o conmutador E=Carcasa Tipo de motor: De corriente continua Actividad 2.
162
Capítulo 2
Respuestas a las prácticas Práctica 1. 1. Poseen bajo factor de potencia y baja eficiencia, lo que aumenta los costos de energía eléctrica. 2. Los motores síncronos. 3. Posiciones separadas 90º, vistas desde un costado, vistas desde la parte superior . 4. 600 rpm.
5.35.78pulgadas(90.9cm).
Práctica 2. 1. Equipo de alineación láser, juego de lainas, medidor de vibraciones, indicador de carátula. 2. 500 rpm.
3. A través de un motor de CA que impulse a una polea cónica, o polea escalonada, unida por una banda a otra polea variable en la flecha de salida. 4. Cada motor cambiaría de manera simultánea y proporcional sus velocidades.
Práctica 3. 7.I1=0.6Aca
I2=0.6ACAI3=0.6Aca
14.5Vcd 15.¿Aquésedebequeexistavoltajeenelcircuitoabierto? R= Se debe a que existe un magnetismo remanente en los devanados de campodelrotorydelestatordelamáquinadeCD.
163
Capítulo 2
18. RL (Ohms)
IA (Amperes)
EA (Volts)
POTENCIA (Watts)
0
6
0
40.0
0.15
6
0.9
37.5
0.16
6
0.96
35.3
0.17
6
1.02
33.3
0.18
6
1.08
31.5
0.19
6
1.14
30.0
0.2
6
1.2
28.5
0.21
6
1.26
28. IF (miliamperes)E
A (volts)
O
4
50
12.5
100
25
150
37.5
200
50
250
62.5
300
75
350
87.5
400
100
30. ¿Puedes explicar porqué se tiene un voltaje de armadura a pesar de quelacorrientedecampoescero? R= Es debido al magnetismo remanente de los devanados de campo del generador..
35.0.48__mACD.
164
Capítulo 2
38. RL (Ohms)
IA (Amperes)
EA (Volts)
POTENCIA (Watts)
0
120
0
600
0.2
120
24
300
0.4
120
48
200
0.6
120
72
150
0.8
120
96
120
1.0
120
120
100
1.2
120
144
80
1.5
120
180
75
1.6
120
192
48.ObservasielvoltajeEAseincrementa. R=Sí. 50.EA=8Vcd. 55. RL (Ohms)
IA (Amperes)
EA (Volts)
POTENCIA (Watts)
0
120
0
600
0.18
120
21.6
300
0.36
120
43.2
200
0.54
120
64.8
150
0.76
120
91.2
120
0.89
120
106.8
100
1.1
120
132
80
1.25
120
150
66.EA.Síaumentaelvoltaje. 68.EA=10Vcd.
165
Capítulo 2
71. RL (Ohms)
IA (Amperes)
POTENCIA (Watts)
0
120
0
600
0.10
120
12
300
0.28
120
33.6
200
0.5
120
60
150
0.66
120
79.2
120
0.79
120
94.8
100
0.97
120
116.4
80
1.11
120
133.2
75
1.3
120
156
Problemas: 1.
a)
= 1.021 A.
b)
= 51.021 A.
c)
= 252.75 V.
d)
= 245 W.
e)
= 650 W.
2.
a)
= 200 A.
b)
= 7.17 A.
c)
= 207.14 A.
d)
= 263.67 V.
166
EA (Volts)
Capítulo 2
Práctica 4. 9. E1 = 15Vca
E2 = 14.8Vca E3 = 14.9Vca
10. Explica porqué se genera un voltaje de CA cuando no hay excitación en CD.
R= Es debido al magnetismo remanente que existe en los campos del alternador de CA. 14. I1 (amperes)
E1 (volts)
E2 (Volts)
E3 (Volts)
Eca (prom.)
0
15
15
15
15
0.1
12
12
12
12
0.2
24
24
24
24
0.3
36
36
36
36
0.4
48
48
48
48
0.5
60
60
60
60
0.6
72
72
72
72
0.7
84
84
84
84
0.8
96
96
96
96
0.9
108
108
108
108
17.E1=208Vca
E2=208VcaE3=208Vca
20.E1a4=10VcaE2a5=10VcaE3a6=10Vca 29.I1=0.4Aca.
I2=0.4Aca.
30. E1 = 0 Vca
I2 = 0 Aca
32.=-100 34. I1 = 0.4 Aca
I2 = 0.4 Aca
35. E1 = 208 Vca
I2 = 0.4 Aca
167
Capítulo 2
Problemas: 1.%Regulación=25. 2.Vvacío=12Kv. 3.%Regulación=4 4.Vplena-carga=80V 5.%deregulación=5.76
Práctica 5. 10. E1 (volts)
I (amperes)V
elocidad (rpm)P ar (Lbf*plg)
120
0
120
0.6
4200
3
120
1.2
3800
6
120
1.8
3500
9
120
2.4
2500
12
13.=20
Problemas: 1.
a)Pregunta100V. b)Pregunta266.67rpm. c)Pregunta573Nm
168
Capítulo 2
2.
a)202V b)57.87Nm.
Práctica 6 11. E1 (volts)
I (amperes)V
elocidad (rpm)P ar (Lbf*plg)
120
0.4
1800
0
120
0.6
1780
3
120
0.8
1765
6
120
1.0
1760
9
120
1.2
1730
12
12.
2000
1600 M P R d a d i c o 1200 l e V
800
400
36
91
2
Par (Lbf*plg)
169
Capítulo 2
13.
= 4.04
Preguntas: 1.
a)=1Amp. b)=115V c)=250Watt 2.
a)236V. b)P=11800W c)P=12Kw.Hp=15.8
Práctica 7. 20. IL= 0.8 Acd
rpm=1800.
21. E1 (volts)
170
I (amperes)V
elocidad (rpm)P ar (Lbf*plg)
120
0.6
1800
0
120
0.8
1800
3
120
1.2
1790
6
120
1.5
1790
9
120
1.8
1760
12
Capítulo 2
23.
2000
1600 M P R d a d i c o 1200 l e V
800
400
36
91
2
Par (Lbf*plg)
26.
= 2.27
Problemas: 1.x100=67.8%. 2.Regulación=24.13%
Práctica 8. 4.Devanadoprincipal=4 Ω Devanadosecundario=8 Ω 7.IDevanadoprincipal=1ACD. 8.RDevanadoprincipal=4Ω 12.IDevanadoAuxiliar=0.6ACD.
171
Capítulo 2
13.RDevanadoAuxiliar=8Ω. 18.rpm=1715. 20.rpm=1372. 22.IDevanadoprincipal=15Aca 25.IDevanadoAuxiliar=13ACA. 31.IArranque=22.5ACA. 35. E (volts)
I (amperes)
P (watts)V
elocidad (rpm)V ibración
120
2.5
300
1800
Normal
90
1.87
168.3
1800
Poca
60
1.25
75
1800
Demasiado
30
0.62
18.6
1800
Demasiado
41. PAR (lbf *plg)
I (amperes)V
AP
(watts)V
P
0
2.5
300
210
1800
0
3
2.8
336
235.0
1800
0.08
6
3.0
360
252
1780
0.16
9
3.4
408
285.6
1760
0.25
12
3.8
456
319.2
1740
0.33
45.IDevanadoprincipal=15Aca 48.IDevanadoAuxiliar=13ACA. 54.IArranque=22.5ACA.
172
elocidad (rpm)H
Capítulo 2
59. PAR (lbf *plg)I
(amperes)
VA
P (watts)
Velocidad (rpm)H
P
0
3.2
384
268.8
1800
0
3
3.6
432
302.4
1800
0.08
6
3.8
456
319.2
1790
0.17
9
4.3
516
361.2
1780
0.25
12
4.6
552
386.4
1775
0.33
66.
E1=208VCA.
W1=249.6w. W2=249.6w.
I1=1.5ACA.
I2=1.5ACA.
I3=1.5ACA.
P= 249.6 Watts
Q=280.8VAR
E2=200VCA. 68. S=312 VA. 70. E1= 208 V CA. W1= 258.9w.
W2 =
258.9
w
.
I1=1.5ACA. I2=1.5ACA.
I3=1.5ACA.
E2=5.76VCA. 72. E1 = I1 = 1.9
208
Vca.
A CA .
W1 = 328
w .
I2 = 1.9 A CA .
W2 = 328 w I3 = 1.9 A CA .
E2=12.0VCA.
173
Capítulo 2
79. I1=4.1ACA.
I2=4.1ACA.
I3=4.1ACA.par=10lbf*plg 85. I1=.8ACA.
W1=250w.
I2=.8ACA.W2=250w. I3=.8ACA.rpm=850. 89. PAR (lbf *plg)
I1 (amp.)I
2 (amp.)
0
0.8
0.8
0.8
80
80
1800
3
1.0
1.0
1.0
104
104
1780
6
1.3
1.3
1.3
135
135
1760
9
1.5
1.5
1.5
156
156
1740
12
1.7
1.7
1.7
177
177
1700
I3 (amp.)W
Problemas: 1.Hp=0.171 2.Par=8.739.0 3.Velocidad=7861.63rpm
174
1 (watts) W2 (watts) Velocidad. (rpm)
Capítulo 2
Práctica 9. 8. I1=0.8Aca I2=0.8Aca
I3=0.8ACA
Velocidadmínima=200rpm. 9.
I1=1.8Aca I2=1.8Aca
I3=1.8Aca
Velocidad mínima = 600 rpm.
Velocidad media = 400 rpm
36.
E1=208Vca
E2=56Vca I2=4.5Aca
pardearranque=9lbf*plg. 37.S=936VA
paraplenacarga=12lbf*plg.
Problemas: 1.=1800rpm 2.Nºpolos=6 3.S%=11
Fr=6.6Hz
175
Capítulo 2
Práctica 10. Formato propuesto para preparar el funcionamiento de la planta de emergencia. Actividad a realizar
Alto
Normal
Nivel de refrigerante.
X
Filtro de aceite.
X
Nivel de aceite.
X
Nivel de combustible.
X
BajoO
bservaciones
Formato propuesto para antes del funcionamiento de la planta de emergencia
176
Capítulo 2
Formato propuesto para durante el funcionamiento de la planta de emergencia. Actividad a realizar Los instrumentos de medición indican valores normales. Deja calentar el motor. Mantén la velocidad a 1400 rpm, en el calentamiento. La presión de aceite esta en rango normal, de acuerdo al manual. Evita el funcionamiento del motor con baja presión de aceite. Se apaga la luz de carga cuando se cargan las baterías. La temperatura del refrigerante es la normal. Acopla el embrague con la palanca de accionamiento. Existe voltaje de alimentación. Existe corriente de carga. La velocidad es de 1400 rpm.
Correc.I ncorrec. Irrelev. Observaciones X X X X
X X X X X X X
Formato propuesto para el paro de la planta de emergencia. Actividad a realizar Deja el motor descargado unos minutos, antes de pararlo. Para el motor con llave en la posición de paro. Corta la corriente cuando se para el motor. Desconecta el interruptor maestro al parar el motor. Cierra el grifo de paso de combustible.
Correc.
Incorrec. Irreev.
Observaciones
X X X X X X
177
Capítulo 2
Práctica 11. Tipo de conexión del motor de inducción jaula de ardilla Tipo de conexión del motor de inducción jaula de ardilla. Motor de inducción jaula de ardilla conexión de resistencias primarias. Motor de inducción jaula de ardilla conexión de autotransformador. Motor de inducción jaula de ardilla conexión estrella – delta.
E1 T1-T2E
2T 2-T3
I1
I2
I3
Velocidad
140
140
2.0 2.0 2.0
1750
208
208
1.5 1.5 1.5
1780
208
208
0.8 0.8 0.8
1750
Preguntas: 1. Tienen un circuito normalmente cerrado auxiliar que es el conectado con los demás circuitos auxiliares y a su vez, con la bobina de esta
forma al sobrecargarse algún elemento térmico este se acciona quedando abierto automáticamente el circuito auxiliar normalmente cerrado y a su
vez,quedandodesenergizadalabobinaquitandolatresfasesdelacarga. 2. a) Aleación fusible.
b) Bimetálico.
3. Al conducir una mayor corriente queda especificada por la aleación de soldadura, esta provoca que se funda permitiendo que gire y así abriendo los contactos. 4. Con base en la corriente plena del motor.
5. Debido a la inercia presente a la aleación es necesario que vuelva a quedarenestadosólidoparaquesujetealaccionador(relevador).
178
Capítulo 2
Respuestas a la autoevaluación 1.
d
2.
b
3.
a
4.
b
5.
d
6.
a
7.
c
8.
c
9.
b
10. d
11. a
12. b
13. c
14. a
15. d
16. d
17. b
18. b
19. d
20. c
179
Capítulo 1
Glosario Alternador Tiene como finalidad convertir la energía mecánica a energía eléctrica de corriente alterna.
Ampere Unidad de medición de la corriente eléctrica.
Anillos Es un medio conductor que permite hacer posible se exciten las bobinas delapartemóvildelamáquina.
Armadura Estructura interna de una máquina eléctrica, similar a un rotor, la cual tiene un movimiento giratorio libre, su característica a diferencias del rotor
es que se encuentra conformado por bobinas de alambre magneto de cobre y un conmutador.
Autoexcitación Es cuando se aprovecha parte de la energía de salida generada para alimentar su campo.
CA Corriente Alterna
Caballo de fuerza Medidadelatasadetiempopararealizaruntrabajo.
Calza Herramienta con forma de cuña, utilizada para inmovilizar alguna máquina para evitar su desalineación.
Carcasa Selellamaasíalacubiertaoenvolventedelamaquinaeléctrica.
CC Corriente Continua
180
Capítulo 1
CD Corriente Directa
Cojinete o rodamiento Consiste en un conjunto de esferas las cuales se encuentran unidas por un anillo interior y uno exterior, estas producen un movimiento al objeto quesecoloquesobreelcojinete.
Conmutador Elemento formado de barras duras de cobre laminadas con precisión en forma de cuña, las cuales están separadas una de otra por segmentos de laminillas de mica, cuyo grosor debe conservarse de modo muy preciso
para obtener un espaciamiento casi perfecto de las barras y que no haya oblicuidad, las cuales van montadas en un extremo de la armadura.
Corriente alterna Corrientequecambiademagnitudydirección.
Corriente continua Corriente cuya dirección no varía.
Corriente de arranque Corriente que toma un motor en el momento de hacerlo de hacerlo trabajar,yaseaenvacióoconcarga.
Deslizamiento Se define como la diferencia de velocidades.
Devanado Son espiras de alambre magneto de diferentes calibres que van montados sobre las zapatas de los núcleos polares.
Dinamómetro Instrumentoquesirveparamedirlasfuerzasmotricesyparaprobarlaresistencia delasmáquinas.
Electroimán Consiste en una barra de hierro dulce, que se encuentra situada en el interior de un carrete que se imanta mientras que a través de este se hacepasarunacorrienteeléctrica.
181
Capítulo 1
Escobillas Haz de hilos de cobre destinados a mantener el contacto, por rozamiento, entredospartesdelamáquina.
Escobillas o simplemente carbones Estas piezas se deslizan sobre las barras del conmutador y llevan la corriente de carga de las bobinas de la armadura al circuito externo.
Estator Es el inducido o parte fija de un alternador constituido por un núcleo y bobinas.
Fase partida Motor monofásico de inducción, con devanado auxiliar, desplazado en la forma de posición magnética y conectado en paralelo con el embobinado principal.
Flecha Es una barra de acero circular donde va montado el paquete prensado de laminaciones y el conmutador.
Frecuencia Número de variaciones completas (ciclos) realizadas en un segundo por una corriente alterna.
Generador Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura.
Inducción Es un fenómeno por el cual una fuerza electromotriz se origina en un medio o cuerpo al exponerse éste a un campo magnético variable, o si el campo es estático y el cuerpo afectado móvil
Inducido o estator Es la parte fija de un alternador, y esta constituido por núcleo y bobinas enlasqueseinduceunafuerzaelectromotriz.
182
Capítulo 1
Interconexión Interconectar con otros controladores, dispositivo interconectado de tal
maneraqueloscontactosdeuncircuitocontrolenaotro.
Interruptor Es un dispositivo que se emplea para establecer, interrumpir, o cambiar las conexiones de un circuito eléctrico.
Monofásico Esunsólovoltajeycorrienteenlalíneadealimentación.
Motor Es una parte de máquina capaz de transformar cualquier tipo de energía enenergíamecánicacapazderealizaruntrabajo.
Osciloscopio Es un instrumento de medición electrónico que sirve para la representación gráficadeseñaleseléctricasquepuedenvariareneltiempo.
Par de arranque Es el que desarrolla un motor en reposo en el momento en que se aplica energíaeléctricaasusdevanados,ylaflechaempiezaagirar.
Par Se define como las fuerzas que desarrollan los motores en los extremos del rotor para poder girar.
Polo Extremo magnético norte o sur, de un imán.
Potencia mecánica Eslaenergíaquetransmiteunmotoraunacargaparamoverla.
Potencia total Es la potencia que entra al motor y por lo mismo con la que trabaja, y esequivalentealapotenciareal.
Potencia útil Eslapotenciaeléctricaqueutilizaelrotorparagirar.
Potenciómetro Resistencia variable con dos terminales exteriores fijas y una en brazo móvil del centro.
183
Capítulo 1
Relevador de sobrecarga Proteccióndesobrecorrientedurantelamarcha.
Relevador Es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.
Rendimiento Se define como el grado de efectividad de un motor, se determina por la relación de la potencia útil.
Reóstato Resistenciaqueestaprovistaemedioparavariarrápidamentesuresistencia sinabrirelcircuito,enquesepuedaencontrarconectado.
Resistencia Es la oposición que ofrece una sustancia o un cuerpo al paso de una corriente eléctrica y convierte la energía eléctrica en calor.
Rotor Es la parte que constituye la parte interna de una máquina eléctrica, la cual tiene un movimiento giratorio libre.
Solenoide Bobina tubular, conductora de corriente que proporciona la acción magnéticaparadesempeñarvariasfuncionesdetrabajo.
Tacómetro Es un dispositivo para medir la velocidad de giro de un eje, normalmente lavelocidaddegirodelmotor,semideenRevolucionesporminuto(RPM).
Torque Eslatorsiónofuerzadegiroquetiendeaproducirrotación.
Velocidad síncrona La velocidad de sincronismo en una máquina de corriente alterna depende de la polaridad y de la frecuencia de la red de suministro eléctrico.
184
Capítulo 1
Bibliografía Alerich,Walter.(1998). Control de motores eléctricos: teoría y aplicaciones, México,Diana. BernardJ.etal.(2000).Elementos de Máquinas,España,McGrawHill. Braga, Newton. (1991). Cómo usar el Osciloscopio, En Saber Electrónica,
Volumen3,Nº11,México. Castrejón,Agustínyotros.(1993). Tecnología Eléctrica. Madrid,McGraw-Hill. Chapman,J.(2005). Máquinas eléctricas,México4ªEdición.McGraw-Hill. Enciclopedia británica (1990). Hombre, Ciencia y Tecnología,México,Editorial Británica.
EnciclopediaMicrosoft®.(1993-1997).Encarta® 98 ©,MicrosoftCorporation. Fernández,Manes.(et.al).(1998). Técnicas para el mantenimiento y diagnóstico de máquinas eléctricas rotativas, Barcelona,MarcomboS.A. Fraile,Jesús.(2003). Maquinas eléctricas,Madrid,EditorialMcGrawHill. Harper,Enríquez.(1994).Fundamentos de Electricidad. Dispositivos y circuitos en corriente continua.Volumen2,México,Limusa. Mileaf,Harry.(1981).Electricidad serie 1 – 7,Vol.6,México,EditorialLimusa. Norton, R. (1999). Diseño de maquinaria,México,PrenticeHall/Pearson.
Shigley,E.yMitchellL.(2002). Diseño en Ingeniería Mecánica ,McGrawHill/ interamericana.
TEKTRONIX,(1990).Operación Básica del OSCILOSCOPIO , En Electrónica fácil Nº10,Medellín,DivulgaciónTécnicaElectrónica. Wildi,TeodoreyDeVito,Michael.(1994). Experimentos con equipo eléctrico, México,EditorialLimusa. Wildi, Theodore. (2007). Máquinas eléctricas y sistemas de potencia , 6ª edición,México,PearsonEducación.
185
Páginas de internet consultadas http://www.dliengineering.com/vibmanspanish/ aspectospracticosenlamedicindevibracin.htm http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/fisica/electymagne/LABORATORIOS/ L1_INST/tester.jpg http://www.flowserve.com/vgnfiles/Files/Images/ServicesSolutions/ VibrationCollection.jpg http://dinamaq.com/yahoo_site_admin/assets/images/ PIC_0031.279124448_std.JPG http://www.igsa.com.mx/manualpla/UC224274Spanish.pdf http://www.ea3cdc.galeon.com/aficiones1051491.html
