ESTRUCTURA E INSTALACION DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

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    LABORATORIO N 03 ESTRUCTURA E INSTALACION DE LAS MAQUINAS DE

    CORRIENTE CONTINUA

    1. OBJETIVO

    Revisar, estudiar y aplicar la teora para reconocer y ubicar a los diferentes componentes de las mquinas de corriente continua, tomando la lectura de las resistencias internas de cada uno de ellos y realizar el ensamble observando las normas de seguridad.

    2. FUNDAMENTO TEORICO

    Motores de Corriente Continua

    1.- Concepto y principal clasificacin de las mquinas elctricas Una mquina elctrica es un dispositivo que transforma la energa elctrica en otra energa, o bien, en energa elctrica pero con una presentacin distinta, pasando esta energa por una etapa de almacenamiento en un campo magntico. Tipos de mquinas elctricas

    Generador: Transforma cualquier clase de energa, normalmente mecnica, en elctrica. Como por ejemplo las dinamos (c.c) y los alternadores (c.a.)

    Transformador: Modifica alguna de las caractersticas de la energa elctrica (normalmente, tensin, intensidad de corriente o potencia)

    Receptor: Convierte la energa elctrica que reciben en cualquier otro tipo de energa. Ejemplo: motores.

    2.- Conceptos y principios generales de las mquinas elctricas A. Campo, induccin y flujo magntico El fsico Oersted demostr que si hacemos pasar una corriente elctrica por un conductor y ponemos el conductor cerca de un imn (realmente fue una brjula), ste ltimo resulta ser desviado. Esto demuestra que el paso de corriente a travs de un conductor crea un campo magntico. El campo magntico se representa por lneas de fuerza.

    Las lneas de campo magntico permiten estimar en forma aproximada el

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    campo magntico existente en un punto dado, tomando en cuenta las siguientes caractersticas

    o Las lneas de fuerza de campos magnticos son siempre lazos cerrados que van de norte a sur por fuera del imn y de sur a norte por dentro del imn.

    o Los lazos magnticos nunca se entrecruzan o Las lneas del mismo sentido se atraen y las de sentido opuesto se

    repelen o El campo magntico ser ms intenso cuanto ms juntas estn las

    lneas de fuerzas A las lneas de fuerza se les denomina lneas de induccin para el campo magntico. La intensidad del campo magntico se define como una magnitud vectorial que se denomina induccin magntica (B), cuya unidad internacional es el Tesla (T). Conforme a la ley de Biot y Savart

    B= K I / a

    B= Induccin magntica (T) K= o /4; siendo o la permeabilidad magntica (T.m /A)

    I= Intensidad que circula por el conductor (A) a= distancia del punto al conductor elctrico (m)

    Por otro lado el flujo magntico representa el nmero de lneas de induccin magntica que atraviesa una seccin de superficie. Se representa por la

    letra y su unidad en el S.I. es el Weber (Wb)

    d =BdS. cos

    B= Induccin magntica (T) S = Superficie atravesada por las lneas de fuerza (m2)

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    B. Fuerza electromotriz inducida. Fundamento de los generadores elctricos. Si un conductor se mueve en un campo magntico, cortando las lneas de fuerza del campo, se crea una fuerza electromotriz inducida (fem), es decir, una tensin. Este es el principio de funcionamiento de los generadores. Conforme a la ley de Faraday: Si se vara el flujo magntico a travs de un circuito cerrado se origina una fem.

    = - d/ dt, se mide en voltios

    Hay otra ley, la ley de Lenz, que completa la ley de Faraday que dice que el sentido de una fem inducida es tal que se opone a la causa que la produce

    Sabiendo que el flujo () es el nmero total de lneas de induccin que atraviesa una determinada superficie, se puede deducir una expresin que nos diga el valor de la fem inducida ( ) en los extremos de un conductor de longitud (l) que se mueve a velocidad (v) dentro de un campo de induccin magntico (B).

    = - ( Blv ) E = fem inducida (en voltios) B = induccin magntica (en tesla) l = longitud del conductor (en m) v = velocidad de desplazamiento (en m/s)

    Nota: en el caso de los motores la fem inducida se denomina fuerza contraelectromotriz

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    C. Fuerza electromagntica ejercida sobre un cable conductor Si un cable conductor recorrido por una corriente elctrica de intensidad

    (I) est en presencia de un campo magntico (B), aparece una fuerza sobre el conductor cuyo valor es:

    F = B I L sen

    B = Induccin magntica (Tesla)

    I = Intensidad de la corriente elctrica que recorre el conductor (Amperios) L = longitud (en m) del conductor

    = ngulo que forma el conductor y la direccin del campo magntico F = Fuerza a la que est sometido el conductor (en Newton)

    Si la direccin del campo B coincidiese con la de la

    corriente (I), la fuerza sera nula, pues sen0 = 0.

    Para conocer el sentido de la fuerza, usamos la regla de la mano derecha.

    Si por el cable circula una corriente (I) en el sentido que muestra en dedo pulgar en la figura y el campo magntico (B) tiene el sentido que muestra el dedo ndice, se ejercer sobre el cable que conduce la

    corriente (I) una fuerza (F) que tiene la direccin mostrada por el dedo medio.

    En el caso que que hubieran N cables en presencia de un campo magntico, las fuerza magntica inducida ser la fuerza en un cable multiplicado por N, la frmula ser entonces:

    F = NBILsen

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    D. Fuerza electromagntica ejercida sobre una espira rectangular. Fundamento de los motores elctricos En las mquinas elctricas, aparecen bobinas formadas por un determinado nmero de espiras. Ya hemos visto cmo es la fuerza que aparece sobre un hilo conductor recorrido por una corriente I, que est presente en un campo B, pero... Cmo ser en una espira? Sea B un campo de induccin magntico que acta sobre una espira que es

    recorrida por una corriente elctrica de intensidad (I). Qu pasar? Teniendo en cuenta el captulo anterior, es de esperar que surjan fuerzas sobre la espira,

    pero, Cmo sern? Recurriremos a la expresin anterior (F = BILsen).

    La figura representa a la espira rectangular (color azul) cuyos lados miden a y b

    y es recorrida por una corriente de intensidad I tal como indica el sentido de la flecha azul en la figura. La espira est situada en una regin en la que hay un campo magntico uniforme B que est en el mismo plano que la espira (en color rojo), tal como indica la flecha de color azul en la figura. Calcularemos la fuerza que ejerce dicho campo magntico sobre cada uno de los lados de la espira rectangular, como si fuesen cuatro conductores diferentes.

    Lados a: Como la direccin de campo (B) coincide con la direccin del conductor, ambas magnitudes forman un ngulo nulo (0). La longitud del conductor es L=a. Como sen 0 = 0

    Fa = BILsen = BI a sen0 = 0 Lados b: Como la direccin del campo (B) es perpendicular a la direccin del conductor, ambas magnitudes forman un ngulo de 90. La longitud del conductor es L=b. Como sen90 = 1

    Fb = BILsen = BI bsen90 = BI b

    Las fuerzas de los lados b, son de igual valor y empleando la regla de la mano derecha, se puede comprobar, son de sentido contrario (una hacia dentro del papel y otra hacia fuera del papel). Constituyen, pues, un par de fuerzas que har que la espira gire alrededor de un eje imaginario paralelo a los lados b de la espira. Este es el principio de funcionamiento de los motores elctricos

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    El momento de fuerzas es:

    M= BIS sen

    M = momento de fuerzas o par-motor (Nm)

    I = Intensidad de corriente (A) S = Superficie de la espira (m2 ) (longitud a x longitud b) B = Induccin del campo magntico (T)

    = ngulo formado por el vector S, perpendicular a la superficie de la espira y las lneas de fuerzas del campo.

    Si en lugar de una espira tenemos una bobina formada por N espiras, el par-motor

    M= N BIS sen 3.- Constitucin de los motores de corriente continua 3.1.- Elementos principales. Rotor y Estator Desde el punto de vista mecnico, un motor est constituido por:

    Rotor: Parte mvil o giratoria. El rotor es una pieza giratoria cilndrica, un electroimn mvil, con bobinados de hilo de cobre por el que pasa la corriente elctrica.

    Estator: parte fija. El estator, situado alrededor del rotor, es un electroimn fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el rotor, dispone de bobinados elctricos por los que circula la corriente.

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    Existen por tanto dos circuitos elctricos: uno en el rotor y otro en el estator. Dichos circuitos estn constituidos por devanados o bobinados. Los devanados pueden ser:

    o Devanado (o bobinado) inductor: Es el devanado (circuito elctrico) que genera el campo magntico de excitacin en una mquina elctrica. Se sita en el interior del estator en unos salientes llamados polos. Los polos generan un campo magntico (inductor) cuando circula corriente por ellos.

    o Devanado (o bobinado inducido) Inducido: Es el devanado sobre el que se inducen las fuerzas electromotrices. Se sita en unas ranuras