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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS 2 GUIA DE LABORATORIO Nº 3 ESTRUCTURA E INSTALACIÓN DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA 1. OBJETIVO: Revisar, estudiar y aplicar la teoría estudiada para reconocer y ubicar los diferentes componentes de las maquinas de corriente continua, tomando lectura de las resistencias internas de cada uno de ellos y realizar el ensamble observando las normas de seguridad. 2. FUNDAMENTO TEORICO Es una máquina que convierte la energía eléctrica continua en mecánica, provocando un movimiento rotatorio. Para cambiar la dirección de giro en un motor de Corriente Continua tan solo tenemos que invertir la polaridad de la alimentación del motor. Para modificar su velocidad podemos variar su tensión de alimentación con lo que el motor perderá velocidad, pero también perderá par de giro (fuerza) o para no perder par en el eje de salida podemos hacer un circuito modulador de anchura de pulsos (pwm) con una salida a transistor de mas o menos potencia según el motor utilizado. Si se aplica un voltaje en los bornes de un motor de c.c. circula por los conductores del inducido una corriente que al estar en un campo magnético se produce una fuerza que hace girar los conductores y por lo tanto al inducido, la fuerza ejercida sobre un conductor es proporcional al campo magnético y a la corriente, por lo tanto, el momento del par, llamado "par motor" se puede expresar como sigue: JESUS QUICAÑO QUISPE PÁGINA 1

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTNESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELCTRICALABORATORIO DE MAQUINAS ELCTRICAS 2

GUIA DE LABORATORIO N 3ESTRUCTURA E INSTALACIN DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

1. OBJETIVO:

Revisar, estudiar y aplicar la teora estudiada para reconocer y ubicar los diferentes componentes de las maquinas de corriente continua, tomando lectura de las resistencias internas de cada uno de ellos y realizar el ensamble observando las normas de seguridad.2. FUNDAMENTO TEORICO

Es una mquina queconviertelaenerga elctricacontinua en mecnica, provocando un movimiento rotatorio. Para cambiar la direccin de giro en un motor de Corriente Continua tan solotenemos que invertir la polaridadde la alimentacin del motor. Paramodificar su velocidadpodemosvariarsu tensinde alimentacinconlo que el motor perder velocidad, pero tambin perder par de giro (fuerza)o para no perder par en el eje de salida podemos hacer un circuitomodulador de anchura de pulsos (pwm) con una salida a transistor de mas omenos potencia segn elmotor utilizado. Si se aplica un voltajeen los bornes deun motor de c.c.circula por losconductores del inducido una corriente que al estar en un campo magnticose produce una fuerza que hace girar los conductores y por lo tanto alinducido, la fuerza ejercida sobre un conductor es proporcional al campomagntico y a la corriente, por lo tanto, el momento del par, llamado "parmotor" se puede expresar como sigue:

Al girar los conductores con el inducido, cortan lneas de fuerza y en elarrollamiento se induce una fem que se opone al voltaje aplicado en los bornes.Por esta razn, la fem inducida en un motor se llama "fuerza contraelectromotriz" f.c.e.mElcolectordesempea un papel muy importante en el funcionamiento de unmotor de c.c. y consiste en invertir el sentido de la corriente en la espira enel instante en que estn enfrentados los polos de nombre contrario. Estohace que se invierta la polaridad del campo, con lo que hay repulsin enlugar de atraccin, y la espira contina girando. En la figura 1, se observaque el polo N del campo principal repele al polo N del campo del inducido. Al completar media revolucin, figura B, el colector invierte la corriente en elinducido, por lo tanto el sentido del campo del inducido se invierte. Estainversin hace que el polo Sdel campo principal ydel inducido se repelende nuevo y contine as la rotacin:

En un inducidode varias espiras, se mantiene sobre l un par motoruniforme y continuo. Como las espiras estn prximas entre s, el camporesultante producido por le inducido permanece en la misma posicin, resultando por tanto en "campomagntico estacionario"

Tipos de motores DC

Motorshuntoparalelo

Para el motor shunt de lafigura, tenemos:

Inicialmente la fcem es cero, debido a que el inducido est en reposo, por lotanto, laIa = Ea / Raque es de un valor elevado. Como la corriente eselevada, entonces el par motor tambin lo es, ya que par= KIa.Esto hace que aumente la velocidad, por consiguienteEbaumenta.AlaumentarEbdisminuye elpar motorque se hace constante cuando el motoradquiere finalmente una velocidad constante. Si se impidiese el giro del inducido, la corriente de arranque sera muyintensa, continuara circulando y quemara el inducido en poco tiempo. En laprctica los motores se protegen generalmente con fusibles que, al fundirse, abren el circuito antes de que se queme el inducido. Como la corriente de arranque es elevada (varias veces el valor de lacorriente nominal de carga) es necesario intercalar una resistenciaRsenserie para disminuir la corriente de arranque. Esta resistencia se suprime paulatinamente cuando el motor adquierevelocidad. La imagen representa la corriente con y sin el restato dearranque.

Motorserie

El motor serie seconecta a la redcomo se indica enla figura.El voltajeaplicadoEaes constante, mientras que el campo de excitacin aumenta conla carga, puesto que la corrienteIaes la misma corriente de excitacin

El par producido K Ia es directamente proporcional al flujo y a la corriente en el inducido. Como el tambin aumenta con Ia, entonces el par motores directamente proporcional al cuadrado de Ia, por lo tanto, su curva ser parablica.

Motor compoundComparando las ventajas de los motores serie y shunt se encuentra que:1)El motor shunt tiene una velocidad ms constante, pero2)Un motor serie del mismo rgimen de capacidad puede ejercer un parmucho mayor, cuando sea necesario, sin aumentar terriblemente lacorriente. Estas dos caractersticas pueden obtenerseen un mismo motor colocandodos bobinados de campo: Uno en serie y otro shunt, en los polos del motor, y que se llamar motor compound. Las caractersticasde velocidad y parmotor para un motor compound sedan en la siguiente figura.

La velocidad de un motor compound se puede disminuir por debajo de lanormal por medio de un restato colocado en el circuito del inducido yaumentarse por encima de la normal mediante un restato en el circuito decampo. A diferencia de los motores en serie, el motor compound tiene una velocidaddefinida sin carga y no alcanzar velocidades destructivas si sta sesuprime. La regulacin de la velocidad es inferior a la de un motor shunt y mayor a lade uno serie. La rotacin se invierte cambiandola direccinde la corrientedel circuito de campo o del circuito del inducido. Puesto que si se invierte elcampo shunt se debe invertir el serie, el procedimiento ms sencillo esinvertir la corriente en el inducido.Si las conexiones del arrollamiento serie de un motor compound sepermutan para invertir el sentido de circulacin de corriente en el mismo, lasbobinas serie se opondrn al flujo y este decrecer, en lugar de crecercuando aumente la carga. Esto obligar al motor a acelerar, en lugar dedecrecer cuando aumenta la carga. Este motor se conoce con el nombre de"motor compound diferencial".

CONTACTORESUncontactores un componente electromecnico que tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando,tan pronto se energice la bobina (en el caso de ser contactores instantneos). Uncontactores un dispositivo con capacidad de cortar lacorriente elctricade un receptor o instalacin, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe accin alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando acta dicha accin. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los esquemas elctricos, su simbologa se establece con las letras KM seguidas de un nmero de orden.

Funcionamiento

Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales y segn el nmero de vas de paso de corriente podr ser bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. realizndose las maniobras simultneamente en todas las vas.Los contactos auxiliares son de dos clases abiertos, NA, y cerrados, NC. Estos forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las autoalimentaciones , los mandos, enclavamientos de contactos y sealizaciones en los equipos de automatismo.Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulacin de la corriente, esta mueve el ncleo en su interior y arrastra los contactos principales y auxiliares, estableciendo a travs de los polos, el circuito entre la red y el receptor. Este arrastre o desplazamiento puede ser:Por rotacin, pivote sobre su eje.Por traslacin, deslizndose paralelamente a las partes fijas.Combinacin de movimientos, rotacin y traslacin.Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del resorte de presin de los polos y del resorte de retorno de la armadura mvil.Si se debe gobernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se conectan en paralelo y el de parada en serie.

PULSADORES

Unbotnopulsadores undispositivoutilizado para activar alguna funcin. Los botones son de diversa forma y tamao y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos elctricos o electrnicos. Los botones son por lo general activados al ser pulsados, normalmente con un dedo. Corriente mientras es accionado. Cuando ya no se acta sobre l vuelve a su posicin de reposo.Puede ser el contacto normalmente cerrado en reposo NC, o con el contacto normalmente abierto NA.

Funcionamiento

Un botn de un dispositivo electrnico, funciona por lo general como uninterruptorelctrico, es decir en su interior tiene dos contactos, uno, si es un dispositivo NA (normalmente abierto) o NC (normalmente cerrado), con lo que al pulsarlo se activar la funcin inversa de la que en ese momento este realizando.

3. ELEMENTOS A UTILIZAR:

Multimetro Puente de resistencias Motor DC Megmetro

4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIN:

1. Reconocer e identificar los terminales del motor , elaborar el esquema de conexiones de los componetes encontrados .(identificar el motor segn la informacin obtenida).

RPM=3000IM =0.9 AV=50VMotor SHUNT

2. Medir con el instrumento adecuado el valor de la resistencia interna de cada componente, la resistencia de aislamiento del estator y de la armadura.

Resistencia interna de campo: 156.1 ohmsResistencia interna de Armadura: 22.6 ohms

3. Elaborar el diagrama completo de conexiones del motor ensayado segn normas vigentes e incluya los valores de las resistencias internas en los smbolos graficados.

4. Identificar el conmutador y con el instrumento adecuado mida la resistencia cada dos delgas consecutivas, en un cuadro represente los valores obtenidos de todas las delgas del conmutador.

Resistencia []Resistencia []Resistencia []Resistencia []

R1-22.0R7-81.8R13-141.9R19-201.8

R2-32.0R8-91.8R14-151.9R20-211.8

R3-41.9R9-101.7R15-161.8R21-221.8

R4-51.9R10-111.7R16-171.8R22-231.8

R5-61.8R11-121.7R17-181.8R23-241.8

R6-71.9R12-131.7R18-191.8R24-11.7

5. Implementar el circuito de arranque simple del motor de corriente continua segn las instrucciones del cdigo elctrico nacional , graficar los circuitos de fuerza y control aplicados.

5. CUESTIONARIO5.1.-defina la funcin de cada componente ubicado en el motor ensayado

1. Culata: constituye el estator que pertenece al circuito magnetico inductor y que ejerce la funcin de soporte mecnico de la maquina elctrica. 2. Ncleo polar: encargados de fijar los polos,realizadas en chapas de acero convenientemente apiladas sobre las que se coloca el devanado inductor o de excitacin.3. Zapata polar: es la parte prxima al rotor representa una expansin magnetica4. Polo auxiliar: sirven para mejorar la conmutacin. 5. Polo auxiliar.6. Inducido: para este tipo de maquina el inducido seria la parte mvil de la maquina es decir el rotor.7. Devanado del inducido: este devanado recibe el flujo del devanado de excitacin y se inducen en el corrientes que se cierran por el circuito exterior.8. Devanado de excitacin: crea el flujo en el entrehierro y por ello se denomina inductor.9. Devanado de los polos auxiliares: el devanado de este polo se conecta en serie con el devanado de inducido.10. Colector de delgas o conmutador: es el encargado de la conversin mecnica de la corriente alterna inducida en las bobinas en corriente continua de salida.11-12. Escobilla: es el encargado de extraer o suministrar corriente elctrica.

ESTATOR: Constituye la parte fija de la mquina. Su funcin es suministrar el flujo magntico que ser usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio.

PARTES DEL ESTATOR

Armazn: Denominado tambin yugo, tiene dos funciones primordiales: servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magntico del rotor y del imn permanente, para completar el circuito magntico.

Imn permanente: Compuesto de material ferromagntico altamente remanente, se encuentra fijado al armazn o carcaza del estator. Su funcin es proporcionar un campo magntico uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interacte con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la interaccin de estos campos.

Escobillas: Las escobillas estn fabricadas se carbn, y poseen una dureza menor que la del colector,para evitar que ste se desgaste rpidamente. Se encuentran albergadas por los portaescobillas. Ambos, escobillas y portaescobillas, se encuentran en una de las tapas del estator. La funcin de las escobillas es transmitir la tensin y corriente de la fuente de alimentacin hacia el colector y, por consiguiente, al bobinado del rotor.

Portaescobillas: Su funcin es mantener a las escobillas en su posicin de contacto firme con los segmentos del colector. Esta funcin la realiza por medio de resortes, los cuales hacen una presin moderada sobre las escobillas contra el colector. Esta presin debe mantenerse en un nivel intermedio pues, de ser excesiva, la friccin desgastara tanto a las escobillas como al colector; por otro lado, de ser mnima esta presin, se producira lo que se denomina "chisporroteo", que es cuando aparecen chispas entre las superficies del colector y las escobillas, debido a que no existe un buen contacto.

ROTOR

Constituye la parte mvil del motor, proporciona el torque para mover a la carga.

PARTES DEL ROTOR

Inducido de C.C.Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotacin al ncleo, devanado y al colector.

Ncleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su funcin es proporcionar un trayecto magntico entre los polos para que el flujo magntico del devanado circule.

Devanado: Consta de bobinas aisladas entre s y entre el ncleo de la armadura. Estas bobinas estn alojadas en las ranuras, y estn conectadas elctricamente con elcolector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conduccin conmutado.

Colector:Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan a cabo intercalando una corona de cobre partida en sectores.

El colector consta a su vez de dos partes bsicas:

Delgas: Son los sectores circulares, aislados entre s, que tocan con las escobillas y a su vez estn soldados a los extremos de los conductores que conforman las bobinas del rotor.Micas:Son lminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de manera que elconjuntoforma una masa compacta y mecnicamente robusta.

Visto el fundamento por el que se mueven los motores de C.C., es fcil intuir que la velocidad que alcanzan stos dependen en gran medida del equilibrioentre el par motor en el rotor y el par antagonista que presenta la resistenciamecnicaen el eje.

5.2.-los valores de resistencia de aislamiento son los adecuados?, explique porque?.El correcto mantenimiento del sistema aislante de una mquina elctrica constituye un factor clave para asegurar su fiabilidad. La resistencia de aislamiento de los devanados de una mquina elctrica rotativa es funcin del tiempo y estado de los materiales utilizados en su constitucin, as como de la tcnica de conformacin del sistema aislante. En general, la resistencia de aislamiento vara proporcionalmente con el espesor del aislamiento y la superficie exterior de los conductores.El sistema aislante elctrico, constituido bsicamente por un material de buenas caractersticas Aislantes, trmicas y qumicas como la mica, un material flexible que sirve de soporte (papel o fibra de vidrio) y un aglutinante que pegue las diversas capas y que rellene los huecos (por ejemplo: resinas sintticas), es un medio o material colocado entre conductores a diferentes potenciales (cobre de los devanados y hierro de los ncleos magnticos, carcasas y otros elementos estructurales) que slo permite que circule a travs de l una pequea corriente en fase con elvoltaje aplicado.

5.3.-deacuerdo al cdigo elctrico nacional elabore el diagrama de representacin del motor ensayado , y los corcuitos de furza y de control correspondientemente.

5.4.-describa Por qu las diferencias de valores resistivos entre las bobinas del estator y la bobinas del rotor?.Porque en el estator estn solamente los campos de excitacin, estos devanados de campo consumen muy poca corriente porque solamente generan un campo magntico, por tal motivo tienen mucha resistencia elctrica, mientras que el rotor armadura es el que hace el trabajo mecnico y es quien realmente transforma la potencia elctrica en mecnica por lo que su resistencia es baja para permitir el paso de la corriente o amperaje necesario, claro que muchos motores tienen en el estator adems de sus bobinas de excitacin principal; devanados serie que tienen resistencias muy bajas pero esto es porque se conectan en serie con el rotor y por lo tanto circula la misma corriente por estas bobinas y por el rotor.Por ejemplo un motor de Cd de 40 kw a 200 vcd, solamente utiliza aproximadamente 6 ampres para la excitacin mientras que la armadura utiliza 200 ampres, como sabemos la corriente es inversamente proporcional a la resistencia del circuito, por lo tanto en este ejemplo verificaramos que la resistencia impedancia de la exitacion andara alrededor de 33 ohms mientras que la de la armadura seria de aprox. de 1 ohm5) Describa las ventajas y desventajas de la utilizacin de maquinas de corriente continua en aplicaciones industriales.

5.5.-descrba las ventajas y desventajas de la utilizacin de maquinas de corriente continua en aplicaciones industriales.Ventajas:

La gran variedad de la velocidad Este tipo de motores proporciona un buen par de arranque y un eficiente control de la velocidad El motor de corriente continua mantiene un rendimiento alto en un amplio margen de velocidadesAlta capacidad de sobrecargaFacilidad deinversinde marcha de los motores grandes con cargas de gran inerciaDesventajas:

Elpreciode un motor de corriente continua es considerablemente mayor que el de un motor de induccin de igualpotencia.Otra desventajas del motor de corriente continua son el obligado mantenimiento de las escobillas No es posible mantener el par con el rotor parado ms de unos segundos, debido a los calentamientos que se producen en el colector.

5.6.-la evaluacin de las resistencias registradas entre dos delgas consecutivas del conmutador, son iguales?, explique brevemente.Despus de medir la resistencia entre las delgas del motor se obtuvieron los siguientes resultados para las siguientes 24 delgas todas, medidas en ohmios.

Resistencia []Resistencia []Resistencia []Resistencia []

R1-22.0R7-81.8R13-141.9R19-201.8

R2-32.0R8-91.8R14-151.9R20-211.8

R3-41.9R9-101.7R15-161.8R21-221.8

R4-51.9R10-111.7R16-171.8R22-231.8

R5-61.8R11-121.7R17-181.8R23-241.8

R6-71.9R12-131.7R18-191.8R24-11.7

En la construccin de los bobinados no se tiene la misma longitud para cada bobina por lo que algunas son ms largas o ms cortas que otras varan su resistencia al depender esta de la geometra del material.

6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Se reconoci y ubico a los diferentes componentes de las mquinas de corriente continua (motor DC), tomando lecturas de la resistencia interna y realizando el montaje de los circuitos de fuerza y control correspondiente. Es una de las mquinas ms verstiles en la industria, ya que gracias a su fcil control de posicin, par y velocidad permite que se pueda aplicar en muchos mbitos, tales como el control, la aplicacin de procesos y lo ms importante, la capacidad de entregar hasta 5 veces el par nominal en comparacin con un motor de corriente alterna. Los motores D.C generan torque a travs de la interaccin de los campos magnticos El campo magntico principal es desarrollado por los polos del motor El campo magntico que interacta con el campo magntico principal es producido por la armadura y su amplitud est determinada por la corriente de armadura

7. BIBLIOGRAFIA

http://www.tuveras.com/maquinascc/estructura.htm http://referencias111.wikispaces.com/file/view/Capitulo1.pdf http://www4.tecnun.es/asignaturas/SistElec/Practicas/PR_SIS_03.pdf http://html.rincondelvago.com/generadores-y-motores-de-corriente-continua.html

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