Departamento de Eléctrica y Electrónica

Carrera de Ingeniería Mecatrónica

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

LABORATORIO No. 4

MOTOR DC EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

Cantuña Yesenia

19 de diciembre de 2014

OBJETIVOS

Analizar la gráfica obtenida con los datos de la practica Identificar los elementos de un motor DC y las principales características de

funcionamiento Medir algunas características de un motor de corriente continua DC con la

configuración de excitación independiente.

EQUIPO

Fuente de poder TF -123

Fuente de poder PS-12

Voltimetro analógico 120 DC

Motor de DC MV 120

Motor DC DEM – 43

Reostato RH – 11

Tacómetro Electrico MV 100

Tacómetro Unit MD – 40

MARCO TEORICO

Motor eléctrico C.C.

El motor de corriente continua (denominado también motor de corriente directa, motor CC o motor CD) es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción del campo magnético.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. El estator da soporte mecánico al aparato y contiene los devanados principales de la máquina, conocidos también con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa mediante escobillas fijas (conocidas también como carbones).

El principal inconveniente de estas máquinas es el mantenimiento, muy caro y laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas.

Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen tracción sobre un riel, o bien los motores de imanes permanentes. Los motores de corriente continua (CC) también se utilizan en la construcción de servomotores y motores paso a paso. Además existen motores de CD sin escobillas.

Es posible controlar la velocidad y el par de estos motores utilizando técnicas de control de motores CD.

El funcionamiento del motor se basa en la fuerza generada por la interacción de un campo magnético inmóvil y uno generado por una bobina móvil, montada sobre un eje de rotatorio. La bobina móvil es alimentada gracias a un sistema de escobillas y delgas que invertir la dirección de la corriente lo que ocasiona que el sentido del campo magnético generado también se invierta. El objetivo de este proceso es que el torque resultante sea siempre favorable al sentido de giro.

MOTOR DE EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

El esquema de un motor de excitación independiente es como el que se observa en la figura, distinguiéndose claramente dos circuitos eléctricos independientes, el de excitación o inductor, y el de inducido.

Las curvas características del motor:

PROCEDIMIENTO

1. Prender la fuente de tensión fija DC en el circuito inductor con el reóstato incrementar la corriente de campo aproximadamente a 1[A]

2. Energizar la fuente DC variable, incrementa la velocidad aumentando voltaje en pasos de 10 V hasta 110, tomar datos de V1, rpm e IF

3. Fijar el If en la máxima corriente, mínima velocidad aumentar la velocidad en pasos de 50 rpms hasta 2500rpms tomar datos If y rpms.

4. Realizar las conexiones.

DATOS

V1 [V] W [rpm]10 14020 25030 40040 54050 66060 80070 92580 106090 1190

100 1325110 1480120 1600

If {A] W [rpm]0,86 12000,72 12500,64 13000,58 1350

0,535 14000,5 1450

0,46 15000,44 1550

0,425 16000,4 1650

0,37 17000,365 17500,345 18000,33 18500,32 19000,3 1950

CUESTIONARIO

1. Indique cuales son las características nominales del motor DC

POTENCIA NOMINAL

Si se trata de un generador de corriente continua la potencia nominal es la potencia en bornes expresada en watts (W), para un motor en cambio es la potencia entregada en el eje (también en W) en condiciones nominales.

TENSIÓN NOMINAL

La tensión nominal es la tensión entre bornes de la máquina en condiciones de referencia definidas. Para los motores en general con la tensión nominal el motor entrega la potencia nominal correspondiente a la velocidad denominada base.

ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA

En los motores de corriente continua alimentados por medio de un convertidor estático de potencia, la ondulación de la tensión y de la corriente influyen sobre las características de funcionamiento de la máquina.

Al comparar un motor con este tipo de alimentación, con otro que se alimenta con una fuente de corriente continua pura, se observa que las pérdidas y el calentamiento se incrementan y la conmutación se dificulta, para el primer caso.

SOBREINTENSIDAD OCASIONAL

Los motores de corriente continua deben poder soportar para la máxima velocidad, con la plena excitación y su correspondiente tensión de armadura, una corriente igual a 1.5 veces la corriente nominal durante un tiempo no menor de 1 minuto.

Para máquinas grandes se puede (previo acuerdo entre el constructor y el comprador), adoptar una tiempo menor, pero este no podrá ser inferior a 30 s.

La posibilidad de que se presente una sobreintensidad ocasional en una máquina rotante, se indica con el objeto de coordinar la máquina con los dispositivos de comando y protección, no estableciendo las normas ensayos para verificar esta condición.

EXCESO MOMENTÁNEO DE PAR

Para motores de corriente continua, el par se puede expresar en función de la sobreintensidad y el exceso momentáneo de par se debe acordar entre el fabricante y el comprador. Algunas normas para aplicaciones particulares fijan valores de exceso momentáneo de par o potencia.

En muchos casos el usuario indica con grado importante de detalle como varían par y velocidad a lo largo del ciclo de utilización.

VELOCIDAD

Para las máquinas de corriente continua se define una velocidad base, que corresponde a una condición de funcionamiento en la cual la máquina entrega potencia y par nominales.

El modo más simple de regular la velocidad de un motor es variando la tensión de armadura debido a que la velocidad de un motor de corriente continua es directamente proporcional a ella.

Aumentando la tensión de armadura y manteniendo el flujo, la velocidad del motor puede incrementarse continuamente desde el reposo hasta alcanzar la velocidad base.

2. Realizar los gráficos de la velocidad vs la tensión aplicada en el circuito inducido y la velocidad vs la corriente de campo en el circuito inductor.

0 20 40 60 80 100 120 1400

200400600800

10001200140016001800

W=f(V1)

V1 [V]

W [r

pm]

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91000

1200

1400

1600

1800

2000

W=f(If)

V1 [V]

W [r

pm]

3. ¿Qué sucede cuando el motor DC se queda sin excitación de campo?

La velocidad de un motor de corriente continua se puede variar de varias formas, variando la corriente de excitación de campo, esto es, intercalando resistencias en serie con el circuito de excitación, también variando la tensión de alimentación del motor. Si es de excitación independiente, variando la tensión de alimentación a la bobina de excitación.

Si el motor es del tipo serie, esto es, con el circuito inducido e inductor en serie, al quedarse sin carga repentinamente, en el motor se produce un embalamiento por lo que hay peligro de daños en los rodamientos.

4. Explique detalladamente la función principal del campo magnético en el circuito inductor del motor DC

El principio de funcionamiento del motor se basa en la Ley de Faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético de un imán se generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de

desplazamiento". Por tanto si se introduce una espira, con los extremos conectados a una determinada resistencia, en el interior de un campo magnético y se le aplica una determinada tensión exterior, se producirá la circulación de una corriente por dicha espira y ésta comenzará a girar.

• Funcionamiento del indutor

El sistema inductor produce el campo magnético necesario para crear las corrientes inducidas. Este campo magnético puede ser producido por imanes permanentes o por electroimanes.

Generalmente, el campo magnético inductor está producido por electroimanes montados sobre la carcasa de la máquina; estos se llaman polos inductores y están constituidos por un núcleo magnético de hierro o de acero y un arrollamiento conductor que lo rodea (arrollamiento de excitación ó devanados de campo)

Las bobinas que constituyen los arrollamientos de excitación de los diferentes polos, están conectadas entre sí de manera que formen, alternativamente, un polo Norte y un polo Sur.

5. Realizar el análisis de los gráficos anteriores.

Gráfica 1: ωvsV 1

Se mantiene como constante el If (corriente de campo). La velocidad angular con respecto al voltaje aplicado, es directamente proporcional al aumentar una variable aumenta la otra en la misma proporción por lo que se identifica una curva recta (lineal) de pendiente positiva.

Gráfica 2: ωvs If

En este caso el voltaje se mantiene constante. De acuerdo a los datos obtenidos, se observa un comportamiento exponencial, es decir, que mientras suban las revoluciones por minuto la corriente de campo If baja, por lo tanto la curva tiene un comportamiento decreciente.

CONCLUSIÓN

La velocidad angular es directamente proporcional a la tensión aplicada.

0 20 40 60 80 100 120 1400

500

1000

1500

2000

W=f(V1)

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9100012001400160018002000

W=f(If)

Mientras menor es la corriente mayor es la velocidad angular, por lo tanto la velocidad angular es inversamente proporcional a la corriente de campo.

La revolución del rotor induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto en la dirección al voltaje exterior que se aplica a el rotor, y de ahí que se conozca como voltaje inducido o fuerza contra-electromotriz.

Cuando la corriente pasa a través del rotor de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas por la reacción magnética, y el rotor gira.

Si nosotros debilitamos el flujo magnético, se puede incrementar la velocidad del motor ocasionando problemas

BIBLIOGRAFIA

Teoría y análisis de las máquinas eléctricas A. E. Fitzgerald Máquinas eléctricas y transformadores Irving L. Kosow, PH.D Máquinas eléctricas Estifan Chapman Máquinas eléctricas M. P. Kostenko, LM Riotrouski www.fisicanet.com.ar/fisica/electrotecnia/ap08_motor_de_corriente_continua.php www.tuveras.com/maquinascc/motor/excitacionmotor.htm