MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

Alumno:SICLLA LUJAN ANTERO JUNIORVALVERDE AMADOR DIEGOProfesor:LLACSA ROBLES HUGOCdigo:100612I

CALLAO PERU

MAYO -2014

CARATULA

INDICE

INTRODUCCION

I. PLANTEAMINETO DEL PROBLEMA 1.1 Objetivos de la investigacin1.2 Justificacin II. MARCO TEORICO 2.1 Antecedentes de estudio2.2 Marco terico2.3 Definicin de trminos bsicos2.4 Abreviaturas utilizadasIII. ANALISIS DE DATOSIV. DISCUCION DE RESULTADOSV.RECOMENDACIONESIX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

INTRODUCCIONLos dispositivos rotatorios de conversin de energa electromecnica son conocidos como mquinas rotatorias. Estn clasificadas como mquinas de corriente continua si sus salidas son en corriente continua o si la energa de entrada a las mquinas proviene de una fuente de corriente continua. Se llaman mquinas de corriente alterna si sus salidas son peridicas o si la energa primaria de entrada proviene de una fuente de corriente alterna. Una mquina rotatoria se le llama generador si convierte energa mecnica en energa elctrica y se llama motor si convierte energa elctrica en mecnica. En principio la misma mquina puede ser usada, ya sea como generador o como motor, pero consideraciones de diseo prctico pueden favorecer su uso como generador o como motor. Hay dos tipos principales de aplicaciones de las mquinas rotatorias. Como generadores, son usadas para proporcionar energa elctrica industrial o domiciliaria y como motor para hacer girar dispositivos mecnicos tales como: ventiladores, bombas, etc. El otro tipo de aplicacin se refiere como dispositivo de posicin y/o para transportar informacin de una parte a otra. Los mtodos de anlisis son determinados ampliamente por la aplicacin de las mquinas y por las condiciones bajo las cuales operan. En algunos casos puede ser necesario determinar tanto el comportamiento transitorio como en estado estable de la mquina; en algunos otros podemos estar interesados solamente en una mquina aislada y en otros, la mquina bajo consideracin, puede ser parte de un sistema complejo.

Para cumplir con dichos objetivos se ha procedido al desarrollo este laboratorio de Maquinas de corriente continua cuyos objetivos son: Describir las caractersticas de funcionamiento de las maquinas de corriente continua (Motores y generadores) Identificar las conexiones y graficos caractersticas de los generadores y los motores auto excitados ,y de excitacin independiente. Identificar y comprender las Normas de seguridad aplicadas en el funcionamiento de maquinas de CC.

I. PLANTEAMINETO DEL PROBLEMA Las maquinas de CC. Son en gran parte del desarrollo de las industrias (Motores) ,en especial del sector elctrico(Generadores), por lo tanto, si se utiliza de modo inadecuado puede crear condiciones de peligro y causar daos a personas, animales o cosas.La falta de pericia al interpretar las instrucciones, asi como la puesta en funcionamiento el motor; instalacin, mantenimiento realizada por personal no capacitado puede generar accidentes no solo a las maquinas sino al personal.Por lo que es imprescindible el identificar e interpretar las caractersticas de la placa de los motores elctricos

1.1 Objetivos de la investigacina. Generales:

Conocer las caractersticas elctricas de las maquinas de corriente continua

b. Especifico:

Describir de manera general los tipos de maquinas CC existentes Identificar las caractersticas elctricas de las maquinas CC , as cono sus grficos caractersticos y conexionado. Minimizar los riesgos existentes que conllevan el manejar este tipo de maquinas mediante la adecuada interpretacin de las normas de seguridad aplicadas.

1.2 Justificacin La identificacin de las caractersticas de funcionamiento de las maquinas de corriente continua garantiza que el estudiante cuente con conocimientos bsicos para la instalacin, puesta en marcha y mantenimiento de este tipo de maquinas sean adecuados, logrando de esa manera que los parmetros elctricos y mecnicos estn dentro del rango de funcionamiento, cumpliendo con las normas de calidad y seguridad que se les exige a las empresas industriales.

II. MARCO TEORICO 2.1 Marco terico2.1.1 La Mquina de Corriente Continua Desde el punto de vista constructivo, esta mquina est constituida por dos ncleos de fierro, generalmente laminado, uno fijo (carcasa) y otro que gira (inducido o armadura ) .En ambos ncleos van ubicadas bobinas de diferentes configuraciones que crean campos electromagnticos que interactan , de modo que se pueda obtener o una tensin generada o bien un torque motriz en el eje, segn la mquina trabaje como generador o motor. Las bobinas del rotor, que en este caso para la mquina de corriente continua (cc) se llama inducido o armadura, se definen como aquellas en las que se induce un voltaje, y las bobinas inductoras ubicadas en el estator, que en este caso para la mquina de c.c. se llama carcasa, se define como aquellas que producen el flujo magntico principal en la mquina. En una mquina de c.c. normal, los embobinados del inducido se localizan en el rotor y los embobinados inductores se localizan en el estator (parte fija). Sentido de giroEn los arrollamientos de excitacin la corriente fluye del nmero caracterstico 1 hacia el 2.En el esquema F1 esta conectado al ( + ) y F2 esta conectado al ( - ).El sentido de rotacin es directa ( horaria ) donde siempre A1 ser positivo ( + ).

Fig.N1: Sentido de giro del generador de CC.Operacin como generador:La corriente del circuito de armadura fluye de A2 ( - ) hacia A1 ( + ).

Tabla.N1: Conexin de bornes para funcionamiento como generador de CC.Operacin como motor:La corriente del circuito de armadura fluye de A1 (+) hacia A2 (-).

Tabla.N2: Conexin de bornes para funcionamiento como motor.

III. ANALISIS DE DATOS3.1 Defina los siguientes conceptos:Par motorElpar motorotorquees elmomento de fuerzaque ejerce un motor sobre el eje de transmisin de potencia. Lapotenciadesarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisin, viniendo dada por:M=Donde: Pes la potencia (enW) M es el par motor (enNm) es lavelocidad angular(enrad/s)

Par de Arranque.

Como sabemos, para que el conjunto motor carga comience a girar se necesita que el par de arranque supere al par resistente, de manera de generar una aceleracin angular de arranque. El proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el par motor con el par resistente, estabilizndose la velocidad de giro del motor.Recordemos que el comportamiento dinmico del conjunto motor-maquina accionada est regido por la siguiente ecuacin diferencial:

Tarr - Tr = J . dw / dt

Donde Tarr es el par de arranque, Tr el par resistente, J es el momento de inercia del conjunto motor-maquina accionada y w es la velocidad angular de dicho conjuntoComo la cupla motora es el producto de la corriente absorbida por el flujo del campo magntico, adems de un factor que caracteriza al tipo de mquina, este mayor par de arranque generalmente est asociado a una mayor corriente de arranque, la que no debe superar determinado lmite por el calentamiento de los conductores involucrados."Par ResistivoSon las fuerzas resistentes que se oponen al movimiento del eje del motor , generalmente para que comience a girar el eje del motor este debe crear un par de arranque que puede vencer este par resistivo 3.2 Qu es el magnetismo remanente? Elmagnetismo remanentees el nivel deinduccin magnticaaun existente en una sustancia ferromagntica despus de someterla a la accin de uncampo magntico. Es el responsable de los fenmenos dehistresis magntica.

Fig.N2: Flujo de magnetismo remanente en una maquina CC.

3.3 Y cual es su valor en las maquinas en general magnetismo remanente?Estos dependen del tipo de material ferro magntico usado asi como de las distintas formas de excitacin que se utilizan,los materiales ferro magnticos que ms se utilizan en la construccin de mquinas elctricas son el acero al silicio de diferentes calidades, el acero fundido, el hierro colado, el acero en chapas y forjado, aleaciones de acero especiales(para los imanes permanentes)

El acero al silicio es de reciente aplicacin a las mquinas rotativas. El hierro colado se emplea en las carcasas de las mquinas de corriente continua y en los rotores de las mquinas sncronas, en las que durante el funcionamiento de la mquina el flujo no vara. La fundicin de acero tiene las mismas aplicaciones que el hierro colado.

El acero en chapas se usa en las carcasas soldadas de las mquinas sncronas de alta velocidad. Para la fabricacin de imanes permanentes para las mquinas magnetoelctricas se emplean aleaciones de acero especiales que poseen despus de la magnetizacin una gran remanencia y una gran fuerza coercitiva.

3.4 Determinar la velocidad de funcionamiento de las maquinas de CC.La caracterstica mecnica del motor se puede determinar de manera general si se mantiene el voltaje de campo fijo(V) y se considera un rgimen en estado permanente de forma qde armadura se tiene:

Fig.N3: Circuito equivalente de la armadura del motor.U=iR+EDonde E es la FEM, que se expresa como:E=k; con K =PN/2q, donde P es el numero de pares de polos del motor, N es el numero de conductores activos ,q es ek numero de pares del circuito en paralelo , es el flujo magnetico (Wb)y es la velocidad angulaar(rad/s).Entonces se tiene =Para la caracterstica mecnica recordando que el par electromagntico es:T=i(Nm)=Es importante mencionar que el flujo tiende a desaparecer, entonces tericamente la velocidad alcanzara valores muy elevados ;esta condicin puede aparecer cuando se suspenda la alimentacin en el devanado de campo

Fig.N4: Velocidad angular del motor en funcin del torque.Cuando se tiene una velocidad del motor mayor a la velocidad de vacio ideal y la FEM es mayor que el voltaje aplicado U, entonces la maquina elctrica trabaja como generador por lo que la corriente cambia de sentido y se puede tener una ecuacin definida por:I=U-E/REntonces el par del motor cambia de signo y se tiene queT=i(Nm)=

3.6 Cuales son las fallas mas comunes que se presentan en las maquinas CC.INCONVENIENTES DE LA MQUINA SINCRONA.

1 .Como motor, si queremosuna n variable, la frecuencia ha de ser variable. Esto antes era muy complicado, ahora hay variadores de frecuencia electrnicos, pero sigue siendo costoso.

2 .Las mquinas sncronas no pueden arrancar por s mismas y luego han de llevarse a la velocidad de sincronismo. Por eso hace falta una instalacin adicional complicada y una maniobra compleja.

3. Las variaciones bruscas de carga pueden hacer perder el sincronismo entre n y f, haciendo que n disminuyahasta pararse.

Estos 3 motivos anteriores hacen que sea poco adecuado como motor conectado directamente a la red. No obstante en los ltimos aos y gracias al descubrimiento de nuevosmateriales,seestnconstruyendomotoressincronossindevanadoenlaexcitacin,esdecir, con imanes permanentes en el rotor. Sus ventajas son:a.Ausenciadeanillosrozantesyescobillas(piezasmviles).Sereducenproblemas de revisin ymantenimiento.

b.Al no haber devanado en el rotor se eliminarn las prdidas por efecto Joule en elrotor,aumentandoelrendimientoy reduciendo los problemas derefrigeracin.Y los inconvenientes son:

a. Desmagnetizacion por altas intensidades y/o temperaturas.b. No se puede variar la excitacin al ser fija.

c. Elevado precio de materiales. Slo viables hasta 10 kw.

3.7 Hacer el esquema de funcionamiento de una maquina de CC con los equipos necesarios y sus respectivos graficos.La mquina de corriente continua puede funcionar tanto como generador como motor. Para comprender el principio de generacin de la fem en las espiras del rotor, se va a considerar el inducido en forma de anillo como se observa en la figura 10. En este devanado, al girar el rotor, se induce un fem en los conductores dispuestos en la caraexteriordel ncleo al ser cortados por el flujo del estator. En los conductores interiores no aparece ninguna fem ye que no les atraviesa el flujo de los polos, al estar sus lneas defuerzalimitadas al circuito de baja reluctancia del anillo.

Fig.N 5 :Mquina de corriente continua

Analizando la figura 1 se observa que el sentido de la fem de los conductores situados debajo delpolo norteson de signo contrario a la de los conductores situados debajo del polo sur. Como quiera que la estructura de la mquina es simtrica, las fem correspondientes a la parte izquierda del inducido sern opuestas a las de la parte derecha, y en consecuencia no circular ninguna corriente por el arrollamiento. Para utilizar la fem del inducido y llevarla a un circuito exterior se han de conectar unas escobillas de salida Ay B situadas en el eje transversal de los polos para que puedan aprovechar la mxima fem del devanado. Estas escobillas dividen el arrollamiento en dos ramas en paralelo con una misma fem. En cada una de estas ramas, las fem deben tener el mismo sentido, pues de lo contrario no se utilizarn totalmente las fem generadas en el arrollamiento.

El eje que forma la alineacin de las escobillas se denomina lnea neutra. Esta lnea tiene gran importancia, pues indica las posiciones en las que se produce lainversinde fem en las bobinas del inducido pasando las espiras correspondientes de una rama paralelo a otra. La posicin exacta de la lnea neutra se determina experimentalmente moviendo el collar de las escobillas hasta encontrar el punto en el que se producen las mnimas chispas en el colector de delgas.

En los inducidos en anillo y tambin en los que llevan un devanado imbricado simple el nmero decircuitosderivados coincide con el de polos. Si se denomina 2p el nmero de polos y 2c el nmero de circuitos derivados o ramas en paralelo, se tendr:

En los devanados ondulados simples, el nmero de circuitos derivados es siempre igual a 2, sea cual sea el nmero de polos de la mquina, es decir:

Para calcular la fem producida en el inducido de una mquina de corriente continua, debe tenerse en cuenta que en cada bobina del arrollamiento se obtiene una fem alterna, de tal forma que en un semiperodo de la misma el flujo concatenado vara entre loslmites+F y -F, en consecuencia elvalormedio de la fem obtenida en la bobina en el tiempo mencionado ser:

Donde T indica el perodo de la tensin. La frecuencia de la tensin generada va ligada al nmero de polos 2p y a la velocidad de rotacin en rpm por la relacin:

La fem media en una espira del inducido ser:

Las fem recogidas por las escobillas de la mquina en las distintas bobinas durante un semiperodo dan como resultado una fem que ser la suma de todas las bobinas que componen cada rama en paralelo del devanado. Si este constan de Z conductores que forman Z/2 bobinas conectadas en serie, produciran una fem resultante de magnitud:

Dondees una constante determinada para cada mquina. De esta expresin se deduce que la fem puede regularse variando la velocidad del rotor o cambiando el flujo inductor mediante el ajuste de la corriente de excitacin en los polos.

GENERADORES DE C.C.Los generadores de c.c. o dinamos convierten una energa mecnica deentradaen energa elctrica de salida en forma de corriente continua. En la actualidad, estos generadores han cado en desuso y han sido sustituidos por los rectificadores, generalmente de silicio, que transforman c.a. en c.c. en formaestticay con mayor rendimiento. Desde el punto de punto de vista del circuito elctrico, las mquinas de c.c. constan de un inductor o excitacin colocado en el estator y de un circuito giratorio provisto de colector a delgas.

El inducido gira dentro delcampo magnticodel inductor y genera una fem continua E en vaco.Al conectar una carga elctrica en el exterior aparece una corriente Ii de circulacin que provoca una cada de tensin en el inducido, que se debe en parte a laresistenciapropia de este devanado Ri y en parte a la resistencia que presentan los contactos escobillas-colector. Si se denomina Vesc la cada de tensin por par de escobillas, la aplicacin de las leyes de Kirchhoff al circuito inducido de la figura 11 conduce a la siguiente ecuacin:

Donde V indica la tensin terminal en bornes de la mquina. En esta ecuacin se ha supuesto despreciable la posibleaccindesmagnetizante del inducido sobre el inductor. Cuando se considera esta accin se suele expresar como tanto por ciento la reduccin de la fmm de la excitacin o su equivalente cada de tensin del inducido.

Fig.N6: Circuito equivalente de un Generador de C.C.

Para determinar elprocesode transformacin de energa mecnica en elctrica en un generador de c.c. se va a considerar el esquema de la figura 6 en el que se tienen las siguientesecuacionesde circuito:

Inductor:

Inducido:

En la figura 7 se observa el principio bsico de obtener c.c. en la salida de un generador de c.c.

Fig.N7: Forma de onda del circuito exterior del generador.

MOTORES DE C.C.

A diferencia de los generadores, los motores de c.c. transforman tensin continua en sus bornes enmovimientomecnico en su eje. Los diferentes tipos de motores de c.c. se clasifican de acuerdo con el tipo de excitacin, de acuerdo a la que se haca con los generadores, y as se tiene: motores con excitacin independiente, serie, derivacin y compuesta. El circuito equivalente del motor se observa en la figura 8.

Fig.N8Circuito equivalente de un Motor de C.C.

El par electromagntico viene determinado por la expresin:

Desde un punto de vista prctico, estos motores de c.c. presentan una gran ventaja sobre los motores de c.a. debido a su posibilidad de regular la velocidad. De acuerdo con la ecuacin:

Si se incluye Ri la resistencia del y escobillas se tiene:

Teniendo en cuenta la expresin general de la fem:

Y al sustituir las ecuaciones anteriores y despejando la velocidad n, se tiene:

Que indica la posibilidad de regular la velocidad de un motor de c.c. a base de las siguientesvariables:

a)El flujo por polo producido por la corriente de excitacin. Al disminuir el flujo, aumenta la velocidad de rotacin, y de ah el peligro de poner en marcha el motor sin conectar la excitacin, ya que se dar lugar a un embalamiento del motor, limitado nicamente por elmagnetismoremanente de los polos.

b)La tensin dealimentacinV aplicada al motor. Al disminuir/aumentar la tensin de alimentacin se reduce/aumenta la velocidad.

c)La resistencia del circuito inducido, lo que se consigue conectando en serie con este devanado una resistencia o restato variable. Al aumentar/disminuir la resistencia del inducido, la velocidad disminuye/aumenta.

Estosmtodosse emplean en la prctica de forma independiente o combinada para obtener unas caractersticas adecuadas al rgimen detrabajoque se necesita.Para invertir el sentido de rotacin de un motor de c.c. es necesario invertir nicamente la corriente en un solo devanado el cual puede ser el inducido o el inductor.

IV. DISCUCION DE RESULTADOS Una mquina de corriente continua est formada de varias partes y su estructura puede parecer un poco compleja, pero su principio de funcionamiento se basa en las leyes fundamentales del electromagnetismo como laleydeinduccinde Faraday. Las piezas que la conforman son varias pero hemos estudiado las principales como lo son el inductor que son los polos de la mquina los cuales generan el flujo magntico necesario para que en el inducido se generen las tensiones, las cual se juntan en el colector a delgas y son recogidas por las escobillas para ser tomadas en el exterior por los bornes de la mquina.

La importancia de la existencia de las mquinas de corriente continua radica principalmente en algunas de las ventajas que presentan frente a las decorriente alterna, como la regulacin de la velocidad y del torque lo cual para estas mquinas se lo regula con la intensidad de la corriente, mientras que para las de CA es ms complicado la regulacin de estos parmetros.

La principal diferencia o caracterstica de una mquina de corriente continua es quiz el modo en que se toma la tensin generada, la cual se la toma del colector a delgas el cual en lugar de tomar todo el perodo de la tensin, toma solo el semiciclo positivo de la misma dando como resultado una tensin continua.

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Curso de maquinas de corriente continua ;Gilberto Enriquez Harper; Editorial Limusa 1er Edicion 1984 MEX

Maquinas de corriente continua , Coleccin CEAC 3era Edicion 1979 ESPAA

Fundamentos de las maquinas de CC.Fabricio Salgado, http ://www . slideshare.net/fabricio_salgado_diaz/control-de-velocidad-de-mquinas-de-corriente-continua; ordenador web visitado 2014-05-29.