LABORATORIO MÁQUINAS ELÉCTRICAS.

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1. Introducción.

Una máquina de CD puede operar físicamente como motor o como generador; solo es cuestión de la dirección del flujo de potencia que circule a través de ella.

Los primeros sistemas de potencia fueron sistemas de CD, aunque con el paso del tiempo los sistemas de potencias CA fueron primando sobre los sistemas CD, a pesar de esto, los motores CD siguieron siendo una fracción importante en la utilización de maquinaria debido a que son comunes aún en automóviles, camiones o aviones. Los motores CD también se aplican cuando se requieren grandes variaciones de velocidad.

Un motor es una maquina eléctrica la cual se encarga de transformar la energía eléctrica en energía mecánica, los motores de CD se comparan frecuentemente por sus regulaciones de velocidad (giro).

Existen cinco tipos principales de motores eléctricos, los cuales se clasifican por la regulación de velocidad presente en cada uno, éstos son:

• Motor CD separado.
• Motor CD en derivación.
• Motor CD en serie.
• Motor CD compuesto.
• Motor CD con imán permanente.

El contenido de la práctica busca analizar detalladamente tres tipos de motores de CD más comunes, se analizara el motor con excitación separada, en derivación y en serie, a su vez, se busca profundizar en el método de operación asi como los componentes que conforman cada uno de los motores.

1. Objetivo.

• Comprender los conceptos básicos y los principios de funcionamiento de los motores de CD
• Identificar las diferentes topologías de los motores de CD de acuerdo a su modelo matemático.
• Identificar físicamente las principales partes de un motor de CD y sus diferentes conexiones.
• Obtener la característica par-velocidad de un motor CD en forma experimental
• Analizar y comprender las causas físicas y matemáticas que afectan el sentido de giro del motor, para asi, cambiar el sentido de giro a voluntad.

1. Marco Teórico        

3.1  Motor CD separado.

Un motor de CD separado es aquel cuyo circuito de campo se alimenta de una fuente de potencia de voltaje constante independiente. [Chapman, 2005][pic 3][pic 4]

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En la figura 1 se aprecia la topología de un motor CD con excitación separada en el cual VT representa el voltaje aplicado en las terminales del motor, VF se refiere al voltaje proporcionado por la fuente de voltaje constante independiente, a su vez, IA e IF representan las corrientes que se originan debida a los voltajes VT y VF respectivamente. [Chapman, 2005]

3.1.1 Control de velocidad angular (w) en motor CD Separado.

Se puede tener control sobre la velocidad que el motor separado presenta, para llevar esto a cabo se puede optar por dos distintos métodos, estos están relacionados con la forma de operación interna del motor, por lo tanto un cambio en alguna de sus magnitudes da como resultado la alteración de otras magnitudes, en este caso , la velocidad. Existen dos métodos para cambiar la velocidad del motor:

1.- Variando la magnitud de voltaje que suministra la fuente independiente; al momento de disminuir el voltaje otorgado de manera externa la velocidad se verá reducida ya que el voltaje aplicado VT está directamente relacionado con el voltaje inducido EA el cual, a su vez, está relacionado con la velocidad.[pic 7]

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        De ésta manera se observa que cualquier incremento en VT representara un incremento en  y viceversa.[pic 12]

2.- Variando la magnitud de la resistencia de campo Rf, cambia la magnitud de la corriente If que circula por el devanado de armadura, lo que afecta directamente a la magnitud del flujo que a su vez esta relacionado con la velocidad .[pic 13][pic 14]

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        Tomando en cuenta la ecuación (4) se puede apreciar que la velocidad  guarda una relación inversa con el flujo  por lo tanto, cada que el flujo disminuye se podrá notar un incremento en .[pic 16][pic 17][pic 18]

3.2 Motor de CD en Derivación.

Un motor de CD en derivación es aquel en cuyo circuito de campo se obtiene la potencia directamente a través de las terminales del inducido [Chapman, 2005]

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En caso de los motores de CD, las cantidades de salida en terminales son el par (т) y la velocidad del eje ), por lo cual, la característica que genera un motor  se refiere a la relación entre estas dos magnitudes en terminales de salida т-.[pic 21][pic 22]

Para poder comprender el comportamiento del motor en derivación es posible deducir las formulas desde el circuito equivalente mostrado en la Figura 2 por medio de la ley de voltaje de Kirchhoff (LVK) obteniendo así:[pic 23]

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Sabiendo que en un motor  esta dada por: [pic 26][pic 25]

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De este modo  puede ser expresada como:[pic 29][pic 28]

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Sabiendo que en un motor  está dada por: [pic 32][pic 31]

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Por lo tanto se puede definir que: [pic 34][pic 35]

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En base a la ecuación (10), es posible graficar la característica par-velocidad del motor, dando como resultado una curva recta de pendiente negativa como se muestra en la Figura 3, esto claro, si los otros términos de la ecuación se mantienen constantes ante variaciones en la carga.

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