03 informe de prácticas-segunda parte-motores cc

Informe de Prácticas- Máquinas de Corriente Continua

ITS – Articulación A4 - Docente: Juan Separovich

Alumno: Mario Fagúndez – CI: 4.657.990-8

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SEGUNDA PARTE: MOTORES DE CORRIENTE CONTINUASEGUNDA PARTE: MOTORES DE CORRIENTE CONTINUASEGUNDA PARTE: MOTORES DE CORRIENTE CONTINUASEGUNDA PARTE: MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

5.0 5.0 5.0 5.0 –––– DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS:DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS:DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS:DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS: Un generador cc es una máquina reversible. Si en vez de hacerla girar por una fuerza externa aplicada a su eje, la conectamos a una fuente de CC, la máquina tiende a desarrollar una acción motriz, es decir: comienza a girar. Analizamos un “motor elemental”: una espira puesta para que gire libremente dentro de un campo magnético, con un anillo de cobre en su extremo, cortado en dos mitades aisladas entre sí. Al conectarle corriente continua, se va a producir una fuerza de repulsión entre los campos magnéticos y la espira va a girar. Para determinar el sentido de giro, utilizamos la regla de la mano izquierda de Faraday: se coloca la palma estirada de modo que las líneas de fuerza entren por la palma y salgan por el dorso, los dedos estirados indican el sentido de la corriente dentro del conductor, el pulgar indica entonces la dirección de giro.

En el esquema I, la corriente “entra” por el conductor (1) que está bajo el polo Norte y “sale” por el que está próximo al polo sur (2). Si colocamos la mano izquierda entonces vemos que el sentido de giro es “Antihorario”. En el esquema II, la corriente no está en contacto con ningún conductor, por lo tanto se detendría el movimiento, pero la inercia provoca que el conductor siga girando hasta que vuelva a establecer contacto, tal como se muestra en el esquema III. En este punto, si no estuviera el colector conectado, tendríamos una corriente “saliente” para el polo norte, y una “entrante” para el polo sur, y el conductor tendría un sentido de giro “Horario”, por lo que haría media vuelta hacia un lado, y media vuelta hacia el otro. La función que cumple el colector entonces es la de garantizar que bajo el polo norte haya siempre un conductor con corriente “entrante” y en el polo sur con “saliente” y el movimiento giratorio sea constante.

5.1 5.1 5.1 5.1 –––– PRINCIPIOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO

PAR MOTORPAR MOTORPAR MOTORPAR MOTOR:::: La principal función de un motor es la de desarrollar fuerza de giro al estar conectado a una fuente de corriente. El par de arranque de un motor se puede escribir como:

Marr=c* I ind*ΦΦΦΦ. Donde: c = coeficiente de proporción que tiene en cuenta los aspectos constructivos de una máquina específica: el número de pares polares, número de conductores del devanado inducido, número de ramas paralelas del devanado del inducido. Iind = Corriente del Inducido ΦΦΦΦ = Flujo Magnético




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FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZFUERZA CONTRAELECTROMOTRIZFUERZA CONTRAELECTROMOTRIZFUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ:::: Cuando el motor gira, impulsado gracias al par de giro desarrollado por los conductores del inducido cuando son recorridos por una corriente, dichos conductores cortan en su movimiento a las líneas de campo magnético del inductor, lo que hacen que se induzca en ellos una fuerza electromotriz. El motor en este caso estaría simultáneamente desarrollando el trabajo de motor y de generador. El sentido de esta fuerza electromotriz generada, si utilizamos la regla de la mano derecha de Faraday, se opone a la causa que la produjo (la corriente del inducido y la tensión aplicada al motor). Esta fuerza tiende a limitar la corriente del inducido. El valor de esta fuerza es E=K*E=K*E=K*E=K*ΦΦΦΦ*n*n*n*n

K=K=K=K= constante que representa el número de espiras, pares polares, ramas paralelas, etc. ΦΦΦΦ = Flujo Magnético nnnn= velocidad de giro del motor

TENSIÓN APLICADATENSIÓN APLICADATENSIÓN APLICADATENSIÓN APLICADA: La tensión que debe ser aplicada al motor se calcula estableciendo previamente ciertas caídas de tensión dadas por los detalles constructivos de la máquina: fricción en los cojinetes, fricción de las escobillas con el colector y del inducido con el aire, pérdidas por histéresis y por calentamiento. Dicha caída de tensión va a ser Ia*ra.... El valor de la tensión aplicada a los bornes va a resultar entonces de la suma de la f.c.e.m. “EEEE” y las caídas Ia*ra

V= E + Ia*ra

Si no existiera la fuerza contraelectromotriz, la tensión a aplicarse sería muy reducida. En la práctica, la f.c.e.m. es del orden del 80% a 97% de la tensión aplicada a los bornes de conexión.

VELOCIDAD DE GIRO:VELOCIDAD DE GIRO:VELOCIDAD DE GIRO:VELOCIDAD DE GIRO: La velocidad de giro de un motor CC la podemos determinar combinando las ecuaciones de la fcem y la de la tensión aplicada. La F.c.e.m. es: E=K*ΦΦΦΦ*n La tensión aplicada es: V= E + Ia*ra

Por lo tanto la velocidad va a ser: n= E K*ΦΦΦΦ

Despejando la E de la tensión aplicada:::: E= V E= V E= V E= V –––– Ia*Ia*Ia*Ia*ra y sustituyéndola obtenemos:

n= V – Ia*ra

K*ΦΦΦΦ

La velocidad de giro aumentará con la tensión aplicada, al disminuir la corriente del inducido y al disminuir el flujo producido por el campo inductor




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5.2 5.2 5.2 5.2 –––– PRIMER ENSAYO: DEMOSTRACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL MOTOR:PRIMER ENSAYO: DEMOSTRACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL MOTOR:PRIMER ENSAYO: DEMOSTRACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL MOTOR:PRIMER ENSAYO: DEMOSTRACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL MOTOR: Para realizar estas prácticas vamos a utilizar las mismas máquinas que las empleadas en la primera parte de este informe. Para realizar el primer ensayo utilizamos un motor de CC de excitación independiente, cuya placa característica ya conocemos. Medimos también la resistencia, en el inducido nos dio un valor promedio de 13Ω y en el inductor un valor de 851Ω. Lo conectamos mecánicamente a un generador de imán permanente cuya relación de velocidad es 1V/0.06. Tomaremos la velocidad de los bornes del mismo para conocer su velocidad de rotación. Le conectaremos entonces una fuente variable de CC de 220V y 2A máximo al inducido del Generador de Exc. Ind. y le conectaremos una fuente de CC de 1A al devanado inductor.

El esquema de conexión es el siguiente:

La representación mecánica de este ensayo es la siguiente:

La primera demostración a realizar es la propiedad elemental de un motor: “Todo conductor por el que circula corriente, dentro de un campo magnético, tiende a desarrollar una acción motriz.” Por lo tanto hacemos la siguiente experiencia: conectamos y aumentamos poco a poco la corriente de excitación. El motor no registra movimiento alguno. Ahora conectamos y aumentamos de a poco la corriente del inductor. El motor comienza a girar. Hacemos la experiencia inversa, conectando primero el inducido, sin campo, y obtenemos el mismo resultado. Otra propiedad para el motor es que, invirtiendo el sentido del campo inductor, o




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el de la corriente en el inducido, se invierte el sentido de giro. Invirtiendo ambos a la vez, el sentido de giro permanece incambiado. Realizamos un cambio en las conexiones del campo inductor, y el sentido de giro cambia. Realizamos un cambio en la conexión del inducido, y el sentido de giro vuelve a ser el del inicio de la práctica. La siguiente propiedad a demostrar es la que refiere a la velocidad, cómo se relaciona con la corriente del inducido por un lado y su relación frente a la corriente del campo inductor, por el otro. Con ese fin se agregan al sistema anterior dos amperímetros: uno en serie con el inductor, y otro en serie con la armadura. Se conectan también dos voltímetros: uno en paralelo con el inductor y el otro con la armadura. Se obtienen 4 medicio-nes, del siguiente modo: se aumenta poco a poco la corriente de excitación y la de armadura.


Obtenemos la siguiente serie de medidas, para relacionar la velocidad con la corriente de armadura:

RPMRPMRPMRPM

CORRIENTE DE CORRIENTE DE CORRIENTE DE CORRIENTE DE ARMADURA ARMADURA ARMADURA ARMADURA

(mA)(mA)(mA)(mA) TENSIÓN DE TENSIÓN DE TENSIÓN DE TENSIÓN DE

ARMADURA (V)ARMADURA (V)ARMADURA (V)ARMADURA (V)

1100 65 150

983 65 150




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Mediante esta gráfica podemos comprobar que la velocidad es directamente proporcional a la corriente de armadura. Estos es así porque la cupla de velocidad que debe desarrollar un motor debe ser suficiente para impulsar su carga mecánica y vencer sus propias pérdidas mecánicas. La tensión aplicada debe ser igual a la suma de la corriente de carga más su Tensión en bornes: V=E + Ia*ra. La corriente será entonces Ia = V – E ra Por lo tanto, a mayor corriente de armadura, mayor velocidad desarrollará, puesto que la resistencia de armadura es un valor por lo general muy bajo que no afecta el trabajo de la máquina. En la misma experiencia medimos la corriente de campo y la tensión de campo, y también la relacionamos con la Velocidad desarrollada:

RPMRPMRPMRPM CORRIENTE DE CORRIENTE DE CORRIENTE DE CORRIENTE DE CAMPOCAMPOCAMPOCAMPO (mA)(mA)(mA)(mA)

TENSIÓN DE TENSIÓN DE TENSIÓN DE TENSIÓN DE CAMPOCAMPOCAMPOCAMPO (V)(V)(V)(V)

1100 100 89

983 180 155

La ecuación de velocidad de un motor CC indicaba que la misma aumentaba al disminuir el flujo producido por el campo inductor. Por lo tanto, lo que Comprobamos con esta experiencia que la velocidad es inversamente proporcional a la corriente de campo.




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5.3 5.3 5.3 5.3 –––– SEGUNDO ENSAYO: MOTOR CC EXCITASEGUNDO ENSAYO: MOTOR CC EXCITASEGUNDO ENSAYO: MOTOR CC EXCITASEGUNDO ENSAYO: MOTOR CC EXCITACIÓN SHUNT EN CARGA: CIÓN SHUNT EN CARGA: CIÓN SHUNT EN CARGA: CIÓN SHUNT EN CARGA: En el motor shunt el devanado de excitación se conecta en paralelo con el inducido. La corriente se dividirá entre la corriente de excitación y la corriente de armadura. La tensión va a ser la misma en ambos devanados. Para realizar el ensayo de esta máquina utilizamos la misma que en el ensayo anterior, conectando directamente el campo inductor al inducido. Utilizaremos un Generador CC Shunt conectado en el otro extremo del eje, el cual funcionará como carga mecánica aplicada al motor. La placa característica ya la conocemos, así como su resistencia, en el inducido tiene un valor promedio de 13Ω y en el inductor un valor de 851Ω. Vamos a medir la velocidad, usando un generador de imán permanente, el cual también ya es conocida su relación de velocidad; mediremos la tensión en Bornes; la corriente de excitación y la corriente que le llega exteriormente. El esquema de conexión es el siguiente:




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Tomamos una serie de medidas y realizamos la gráfica correspondiente.

Observaciones:Observaciones:Observaciones:Observaciones: Al llevar la máquina a velocidad de régimen y conectarle la carga, representada mecánicamente por el generador Shunt, variando la corriente de excitación, la velocidad del motor comienza a caer. La caída de velocidad no es sensiblemente alta, solo 100 RPM.

IT: IT: IT: IT: VARIACIÓN DE VELOCIDAD DE UN MOTOR SVARIACIÓN DE VELOCIDAD DE UN MOTOR SVARIACIÓN DE VELOCIDAD DE UN MOTOR SVARIACIÓN DE VELOCIDAD DE UN MOTOR SHUNTHUNTHUNTHUNT:::: Si analizamos el flujo de excitación en función de la velocidad, comprobamos que el flujo de excitación es casi constante en relación con distintas velocidades del motor. Esto es así, dado que la ecuación de la velocidad es la siguiente: n= V – Ia*ra K*ΦΦΦΦ

Si la tensión V es constante, como ocurre generalmente, el flujo ΦΦΦΦ se mantendrá constante a lo largo de todas las variaciones de carga para este tipo de motor. Ra es sumamente pequeña, por lo tanto la caída de tensión en la armadura Ia*ra es pequeña en relación con V, la fuerza contraelectromotriz cambiará muy poco entre plena carga y carga nula, dependiendo únicamente de la reacción del inducido y

RPM

W

Iex en función de

RPM

Potencia en función

de RPM

Par motor




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del efecto desmagnetizante ejercido por ella. La velocidad en un motor shunt puede ser controlada introduciendo un reóstato que altere el flujo ΦΦΦΦ . Un aumento en la resistencia de excitación reducirá el flujo y aumentará la velocidad. Una disminución de esa resistencia disminuirá la velocidad.

IT: PAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTOR SIT: PAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTOR SIT: PAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTOR SIT: PAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTOR SHUNTHUNTHUNTHUNT: Como lo analizamos, el flujo en un motor shunt permanece prácticamente constante para todas las condiciones de carga y se regula únicamente por la resistencia de excitación y la tensión aplicada en bornes V. El par motor entonces varía directamente con la corriente de armadura Ia, suponiendo que la corriente de excitación no es alterada por variaciones de tensión de línea ni ajustes del reóstato de excitación. Por lo tanto la gráfica del par en función de la corriente de armadura, de un motor Shunt va a ser una línea recta.




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5.4 5.4 5.4 5.4 ––––TTTTERCER ENSAYO: MotERCER ENSAYO: MotERCER ENSAYO: MotERCER ENSAYO: Motor CC Excitación Serie en carga:or CC Excitación Serie en carga:or CC Excitación Serie en carga:or CC Excitación Serie en carga: Ensayamos un motor serie. En cuanto a su composición mecánica, es idéntico al generador CC ya visto en el primer informe. El devanado inductor está conectado en serie con el inducido, por lo que debe presentar gran sección y pocas vueltas, para que provoque una caída de tensión mínima. La corriente de excitación de este motor es la misma que la del inducido, por lo que no tomaremos medidas de esta. También consideraremos la resistencia del campo inductor como no relevante, pues registra una caída de tensión ínfima. Medimos la resistencia del inducido y nos dio10Ω en promedio. La del inductor nos dio 10.8Ω. La velocidad la medimos usando un Generador de Iman Permanente, igual que en los anteriores ensayos.





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Obtenemos una serie de mediciones y su gráfica correspondiente:

OBSERVACIONES:OBSERVACIONES:OBSERVACIONES:OBSERVACIONES: A medida que aumenta la intensidad de carga, el motor va perdiendo velocidad hasta llegar a un valor donde la velocidad es sensiblemente menor a la del inicio del ensayo. La velocidad en este tipo de motores varía considerablemente con las variaciones de carga, porque no posee una fuente de excitación constante. La corriente del inducido IA (la cual es función de la carga), determina la intensidad de la excitación, y en este aspecto posee una influencia decisiva sobre la velocidad de rotación. Si la tensión aplicada con el motor funcionando a carga y velocidades normales, ante una disminución de la carga, ocurren las siguiente variaciones que implican un aumento sensible de la velocidad: 1) la tensión VA crecerá al disminuir la caída de tensión del campo serie. 2) la caída de tensión en la resistencia de la armadura también disminuirá. 3) el flujo disminuirá. Comparando el Serie con el Motor Shunt, vemos que en la relación de potencia vs velocidad es más estable este último, pero ante esta disminución más marcada en la velocidad, el motor serie entrega un Par mucho más elevado que el shunt.

IT: PAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTOR SERIE: IT: PAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTOR SERIE: IT: PAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTOR SERIE: IT: PAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTOR SERIE: Cuando un motor serie está en funcionamiento, impulsando una carga mecánica, la corriente llamada “de carga”

RPM

mA

RPM en función de

corriente de armadura

Par Motor

Característica de Motor Serie

(Velocidad y Par Motor)




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pasa por el devanado de excitación y el de armadura y excita tanto los elementos estacionarios como los giratorios de la máquina. Como el par motor es: T= kΦΦΦΦIA

todo aumento o disminución de la carga es contrarrestado por correspondientes variaciones de 2 factores: IA y ΦΦΦΦ, aunque este último puede o no ser proporcional al primero. -Con pequeñas cargas, cuando el hierro del circuito magnético no está saturado, el flujo varía casi directamente con la corriente de carga. -Cuando la carga se aproxima al valor nominal y el hierro comienza a saturarse, el flujo aumenta cada vez en menor proporción y la corriente de armadura, para contrarrestarlo, aumenta más rápidamente. -Cuando ocurre una fuerte sobrecarga, el hierro se encuentra fuertemente saturado y se producen muy pocas variaciones de flujo, o ninguna, al crecer IA, debe ser esta sola quién debe atender las demandas de carga.

IT: IT: IT: IT: VARIACIÓN DE VELOCIDAD DE UN MOTOR SERIE:VARIACIÓN DE VELOCIDAD DE UN MOTOR SERIE:VARIACIÓN DE VELOCIDAD DE UN MOTOR SERIE:VARIACIÓN DE VELOCIDAD DE UN MOTOR SERIE:Como vimos, la imantación del campo de un motor serie varía considerablemente en condiciones normales de funcionamiento, por lo que la velocidad fluctuará mucho también cuando varía la carga. La ecuación de velocidad n= Vb – Ia*ra K*ΦΦΦΦ indica que dos factores son responsables de la variación de la velocidad con la carga. Siendo la velocidad inversamente proporcional al flujo, resulta muy afectada por las variaciones del mismo, mientras que la caída Ia*ra es una parte muy menor del numerador, por lo tanto influye poco sobre la velocidad. Por lo tanto, al haber poca carga, hay poco flujo, y para generar suficiente fuerza contraelectromotriz, la máquina tiende a desarrollar una gran velocidad. Estos motores se utilizan para los casos en los que se exige un gran par de arranque, como por ejemplo, en los tranvías, locomotoras, grúas, etc. Tiene otra característica que los hace especialmente adecuados para la tracción. Cuando un vehículo eléctrico sube por una rampa, tendería a ir más despacio, ya que, al demandar más intensidad, se reduce la velocidad y aumenta el par. Esta reducción de velocidad permite al motor desarrollar un gran par con un aumento moderado de potencia.




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5.5 5.5 5.5 5.5 –––– COMPARACIÓN ENTRE VELOCIDAD Y PAR MOTOR DE SHUNT Y SERIE.COMPARACIÓN ENTRE VELOCIDAD Y PAR MOTOR DE SHUNT Y SERIE.COMPARACIÓN ENTRE VELOCIDAD Y PAR MOTOR DE SHUNT Y SERIE.COMPARACIÓN ENTRE VELOCIDAD Y PAR MOTOR DE SHUNT Y SERIE. Mirando ambos motores en la misma gráfica, apreciamos que mientras que la velocidad varía poco ante aumentos de carga, para un motor shunt, también apreciamos que su Par motor aumenta poco ante una sobrecarga.

En el caso del motor Serie, la disminución de la velocidad es notoriamente más pronunciada, tanto que entrega menos potencia que el motor Shunt, pero su par motor aumenta muchísimo ante una sobrecarga.

Velocidad/Potencia

Motor Serie

W

Velocidad/Potencia

Motor Shunt Par de Motor Serie

Par de Motor Shunt

RPM

W

Velocidad/Potencia

Motor Serie




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5.6 5.6 5.6 5.6 –––– CUARTO ENSAYO: MOTOR COMPOUND, ACUARTO ENSAYO: MOTOR COMPOUND, ACUARTO ENSAYO: MOTOR COMPOUND, ACUARTO ENSAYO: MOTOR COMPOUND, Adicional y dicional y dicional y dicional y DDDDiferencialiferencialiferencialiferencial: : : : En este tipo de máquinas se divide el devanado de excitación en dos partes. Una de ellas está conectada en serie con el inducido, la otra en paralelo. Con el devanado en paralelo se consigue evitar el peligro de embalamiento que presentan los motores Serie ante la falta de carga. En vacío, entonces, se comporta como un motor Shunt. Estando trabajando con carga, el devanado serie logra que el flujo aumente, por lo que la velocidad tiende a disminuir, aunque no en la misma medida que uno serie.

También en este caso ambos devanados pueden conectarse de manera que interactúen (Compound Adicional) o se contrarresten (Compound Diferencial). Para realizar este ensayo utilizamos la misma máquina que en el ensayo del Generador Compound. Utilizaremos para el ensayo de carga un motor CC Excitación independiente que va a funcionar como carga mecánica del motor, y un Generador CC de imán permanente, utilizado como taquímetro. Obtendremos la velocidad a la que gira el motor mediante el taquímetro en el motor tomaremos medidas de la corriente de carga, la de de Excitación, y la tensión que recibe la máquina. Variaremos el reóstato de excitación del Generador Exc. Indep. Para aumentar la carga, dejando fija


Antes de iniciar cualquier trabajo hay que verificar primero que el motor sea compuesto diferencial o compuesto adicional. Para ello desconectamos el campo Shunt, y entregamos al motor una pequeña tensión. Comprobamos el sentido del giro del motor. Habiendo hecho esto, el motor gira en sentido Antihorario. Ahora desconectamos el campo serie, y con el campo Shunt conectado, le entregamos tensión al motor. El mismo gira antihorario. Esto nos indica el sentido de rotación “normal” para cada campo de excitación del motor, por lo que volvemos a conectar nuevamente el motor y comprobamos una vez más el sentido




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de rotación del eje. Vuelve a ser antihorario. Por lo tanto el primer ensayo de este motor va a ser el de compuesto “Adicional”. Ambos campos magnéticos ejercen su trabajo en el mismo sentido y se “ayudan” entre sí.

Manteniendo constante la tensión entregada al motor, variamos el reóstato del Generador CC. Tomamos una serie de mediciones y trazamos la correspondiente gráfica.

Motor Compound

Diferencial

Motor Compound

Adicional

2

RPM

A




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OBSERVACIONES: En el ensayo del motor Compound Adicional, el motor comenzó el ensayo en una velocidad nominal para vacío, y a medida que aumentaba la carga, comenzaba progresivamente a caer en velocidad. La caída de velocidad era mucho menor que la estudiada para los motores serie y shunt. Al realizar el ensayo del motor Compound Diferencial, la potencia entregada por la máquina era aún más estable, apenas bajó unas pocas RPM y luego volvió al valor de vacío.

IT:IT:IT:IT: VELOCIDAD VELOCIDAD VELOCIDAD VELOCIDAD PAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTORPAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTORPAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTORPAR MOTOR DESARROLLADO POR MOTOR COMPOUND:COMPOUND:COMPOUND:COMPOUND: En el caso del motor compound Adicional, como su nombre lo indica, el devanado serie y el Shunt están conectados de tal modo que el efecto del campo magnético creado por ambos es acumulativo. El par motor desarrollado por esta máquina es intermedio entre el par motor del Serie y el del Shunt. A medida que la carga mecánica aumenta, la corriente Ia, que pasa a través del campo serie, crea un flujo que se suma con el flujo constante de excitación Shunt. El flujo resultante da una característica ascendente para cargas pequeñas. Cuando el hierro se satura, el campo serie aporta poco al flujo total, y la gráfica tiende a una línea recta. La velocidad en el motor Compound acumulativo tiende a caer menos que en el caso del Serie, pero más que el Shunt.

En el Compound Adicional lo que ocurre es que el campo serie contrarresta con su efecto el del campo Shunt. El flujo total disminuye, por lo que el par motor de esta máquina también decrece, al ser el par motor directamente proporcional al flujo de excitación. Como la velocidad es inversamente proporcional al flujo, en esta máquinal, cuando está con poca carga o en vacío, tiende a mantenerse estable. Cuando ocurre una sobrecarga, el campo serie contrarresta aún más el flujo magnético, unido esto a la reacción del inducido, lo que provoca que el motor aumente su velocidad. Una máquina de estas características debe ser encendida con el campo serie cortocircuitado, pues de lo contrario provocaría que el campo serie ejerza su efecto antes del campo shunt, y la máquina arranque girando en sentido incorrecto. Tal situación sucederá hasta que se establezca del todo el campo shunt, el cual es muy inductivo. Cuando esto ocurre, el motor se detiene. Esto anula la fuerza contra electromotriz, lo que provoca una sobrecarga en el devanado serie y en la armadura, el motor ahora arranca en el sentido correcto. Pero si la f.m.m. del campo serie es suficientemente fuerte como para anular la del campo shunt, el motor vuelve a detenerse y arrancar con marcha invertida. Esta inestabilidad continuará hasta que alguien interrumpa la corriente, o la carga mecánica estabilice




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esta acción oscilatoria. Este tipo de motores solo puede ser utilizado bajo estrictas previsiones antes de su puesta en funcionamiento, y específicamente diseñado para la tarea que va a cumplir, por lo que se emplea en muy pocas ocasiones.

5.7 5.7 5.7 5.7 –––– QUINTO ENSAYO: CQUINTO ENSAYO: CQUINTO ENSAYO: CQUINTO ENSAYO: CÁLCULO DE REÓSTATO DE ARRANQUE:ÁLCULO DE REÓSTATO DE ARRANQUE:ÁLCULO DE REÓSTATO DE ARRANQUE:ÁLCULO DE REÓSTATO DE ARRANQUE: En el primer momento de arranque de un motor, el rotor está parado, y por lo tanto la FCEM es nula. La corriente sólo queda limitada por la pequeña caída de tensión en las escobillas, que suele ser de 2V, y por una pequeña resistencia en el inducido. Por lo tanto, la corriente absorbida al arrancar es muy elevada. Cuando el motor está conectado directamente a la red, recibiendo por lo general tensiones de entre 220 y 380 V, éste absorbe una corriente muy fuerte de la línea en el momento del arranque, lo que puede afectar no solo la vida útil de los aparatos empleados en la conexión, sino a las líneas que suministran energía eléctrica. Estas fuertes corrientes sobrecargan las líneas de distribución, pudiendo producir caídas de tensión y calentamiento en los conductores de las mismas. Para un motor como los estudiados en la práctica, por ejemplo el Shunt, el cual tiene una resistencia en la armadura de 14Ω y en el inductor de 885Ω, si lo conectamos directamente a 220V obtendríamos una corriente de arranque de 15,95A, cuando el motor está preparado para trabajar con una corriente de 2A en la armadura, y de 0,2A en el inductor. (Rt: 14*885 =13.78Ω It=Vt/Rt = 220/13.78 = 15.95A) 14+885 Como por lo general no es posible colocar un bobinado capaz de soportar esa corriente que solo dura un instante, hay que limitar la corriente a valores permisibles para el bobinado. Lo habitual es limitar dicha corriente a valores de entre un 50% y 100% superior al de la corriente nominal. Para lograrlo se intercala una resistencia intercalada en el paso de la corriente mediante un reóstato en serie. Para la realización de esta práctica utilizamos una máquina CC Exc. Shunt. Vamos a calcular un valor de resistencia que permita el pasaje de una corriente de arranque de 4A, como máximo. El esquema de conexión es el siguiente:

Realizamos el siguiente cálculo: I=V/R 4A=220/R R=220/4= 55Ω = Rt La resistencia total de la máquina es de 13,78Ω, por lo que el valor de resistencia a intercalar en el circuito es de: 55-13,78= 41,22Ω Realizamos el ensayo para 3 valores distintos de Resistencia intercalada en el circuito y medimos en cada uno de ellos la tensión que va a llegar a la máquina (la cual no va a variar) y el pico de tensión generado:




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Tensión de Tensión de Tensión de Tensión de línea (V)línea (V)línea (V)línea (V)

Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia ((((Ω))))

Corriente de Corriente de Corriente de Corriente de arranque (A)arranque (A)arranque (A)arranque (A)

220 46 4,78

220 64 3,43

220 104 2,11

Esta resistencia es eliminada poco a poco hasta que el motor recibe la plena tensión y trabaja a velocidad normal.

5.8 5.8 5.8 5.8 –––– SEXTO ENSAYO: GENSEXTO ENSAYO: GENSEXTO ENSAYO: GENSEXTO ENSAYO: GENERADOR SERIE Y MOTOR EXC. INDEP:ERADOR SERIE Y MOTOR EXC. INDEP:ERADOR SERIE Y MOTOR EXC. INDEP:ERADOR SERIE Y MOTOR EXC. INDEP: En este ensayo conectaremos un generador serie impulsado por un motor de AC que funcionará como la corriente de armadura de un Motor CC de excitación independiente. El esquema de conexión es el siguiente:

ObservacionesObservacionesObservacionesObservaciones: Al conectar las máquinas según el esquema, el generador serie se comporta normalmente, pero el motor invierte periódicamente su giro. Se genera un gran chispeo en el motor y al sacar de las clavijas el campo serie del generador, genera una gran fuerza de inducción. Al aumentar la resistencia intercalada, el motor se detiene. Vuelve a iniciar su movimiento cuando subimos la corriente de excitación y lo movemos apenas con la mano. Analizando la característica del generador serie, vemos que tenía grandes avances de tensión de manera muy rápida, con el crecimiento de la carga, hasta que




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llegaba a un punto donde el aumento de corriente de carga provocaba un descenso paulatino de la tensión en bornes. El motor al arrancar genera un pico de corriente muy alto, al que llamamos corriente de arranque. Luego la corriente baja hasta su valor nominal. Cuando baja el alto consumo inicial del motor (lo que tomamos como carga del generador) baja la carga, y baja la tensión entregada por el generador, al no ser necesario tanto consumo. Esta baja ocurre hasta que se agota la fuerza contraelectromotriz del motor y el ciclo vuelve a comenzar.

CONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES: : : : Este tipo de máquinas fueron muy utilizadas por su cualidad de poder ser fácilmente reguladas ante cambios en la tensión en bornes, o cambios en la excitación. En los motores de imán permanente la velocidad es directamente proporcional a la tensión. En el de Excitación Independiente, se puede trabajar sobre ambas tensiones por separado. En el de Excitación shunt se trabaja sobre el campo inductor, con un reóstato en serie. En el motor de Excitación Serie se coloca un reóstato en paralelo con el campo inductor. En el Compound se trabaja sobre ambos campos. En estas prácticas hemos estudiado los distintos tipos de motor CC, evaluando su comportamiento estando conectado a una carga mecánica, y las variaciones en velocidad y fuerza de trabajo ante modificaciones de la carga. Se pudo verificar en la práctica todo lo expuesto en la base teórica, integrada por una profusa bibliografía de muy diversos orígenes y diversos niveles de profundidad acerca del tema. Lamentablemente, como en el caso de los generadores, este tipo de máquinas han sido dejadas de lado en beneficio de los motores AC, que representan una mayor eficiencia energética.

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