Práctica 1. Motores de CD. Motor de excitación independiente

Práctica 1. Motores de CD. Motor de excitación independiente.

Objetivos:

• Conocer los componentes de un motor de CD, así como su funcionamiento.
• Observar el comportamiento de las corrientes que circulan por el motor cuando se varía su carga.
• Determinar la corriente máxima que puede soportar, así como el par de arranque que desarrolla ante dicha corriente, así como analizar su comportamiento con rotor bloqueado.
• Obtener las diferentes gráficas Ia, If vs Vt, S vs Vt

Introducción.

Las máquinas de cd pueden ser generadores que convierten energía mecánica en energía eléctrica de cd o motores que convierten energía eléctrica de cd en energía mecánica. Este tipo de máquinas cuentan con una salida de cd simplemente porque hay un mecanismo que convierte los voltajes generados de ca en voltajes de cd en sus terminales (dicho mecanismo es el conmutador)

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Fig 1. Salida de cd de una máquina con conmutador y escobilla. En la parte superior se encuentra la perspectiva real, en la parte inferior el voltaje de salida resultante.

En las máquinas de CD “reales” existen diversas formas de conectar las espiras del rotor (que para efectos prácticos se le llama inducido o armadura) a sus segmentos del conmutador. Estas conexiones afectan el número de caminos de corriente paralelos que existen en la armadura, el voltaje de salida del rotor y el número y posición de las escobillas montadas sobre los segmentos del conmutador.

Entre los distintos tipos de conexiones, existen dos secuencias básicas de conexiones de devanados, llamados imbricados y ondulados. Además de estos, hay un tercer tipo llamado “pata de rana” que es una combinación de los dos anteriores.

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Fig. 2 Comparación de un devanado imbricado en un motor de cuatro polos junto con su diagrama de devanado en este tipo de máquina (izquierda), devanado ondulado con cuatro polos (derecha)

Reacción del inducido.

Si el campo magnético de los devanados de la máquina de cd es conectado a una fuente y el rotor de la máquina gira gracias a una fuente externa (tal como lo sería un motor de excitación independiente), entonces se inducirá un voltaje en los conductores del rotor. Este voltaje será rectificado en la salida. Si se conecta carga a las terminales de la máquina, fluirá corriente en los devanados del inducido. Este flujo de corriente producirá un campo magnético propio, que a su vez distorsionará el campo magnético original de los polos de la máquina.

Esta distorsión del flujo se incrementa conforme se incrementa la carga y se le conoce como reacción del inducido.

Las consecuencias de este fenómeno pueden ser dos fundamentales: la primera es el desplazamiento del plano neutro (es el plano en el que la velocidad de los alambres del rotor es paralela a las líneas del flujo magnético, por lo que el voltaje inducido en los conductores en el plano es igual a 0). El desplazamiento del plano neutro provocará la formación de un arco y la generación de chispas en las escobillas debido a un cortocircuito en los segmentos del conmutador, provocando que la vida útil de las escobillas se reduzca, se deterioren los segmentos del conmutador y que se incremente el mantenimiento.

El segundo problema provocado por este fenómeno es el debilitamiento del flujo de campo: debido a que la mayoría de las máquinas operan con densidades de flujo cercano a la saturación, en los sitios de las superficies donde la fuerza magnetomotriz del rotor se suma a la fuerza magnetomotriz del polo, sólo se presenta un pequeño incremento de flujo, sin embargo, en los sitios donde la fuerza magnetomotriz del rotor se resta a la fuerza del polo, se presenta una mayor disminución en el flujo. El resultado es que se disminuye el flujo total bajo toda la cara polar. Este debilitamiento provoca la reducción del voltaje suministrado por el generador a cualquier carga (en el caso de generadores). En los motores puede provocar una condición de giro desocado hasta que la máquina se desconecte de la línea de potencia o se destruya.

Para evitar la reacción del inducido, muchas veces se colocan imanes fijos permanentes dentro de las máquinas.

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Fig 3. Reacción del inducido. En a) el flujo se distribuye de manera uniforme con un plano neutro vertical, en b) el efecto del entrehierro provoca una reacción en la distribución del flujo del polo, c) el campo magnético del inducido cuando se conecta carga a la máquina, en d) los flujos de armadura como del polo, c) flujo resultante bajo los polos y con un plano neutro desplazado en dirección del movimiento.

Motor de excitación independiente.

Un motor de cd de excitación independiente, es aquel cuyo circuito de campo se alimenta de una fuente de potencia de voltaje constante independiente.

Cuando se conecta una carga, el motor perderá velocidad, cuando pierde velocidad, el voltaje interno generado (eg) cae, por lo que se incrementa la corriente del inducido del motor. Conforme aumenta dicha corriente, también lo hace el par inducido en el motor y finalmente el par inducido es igual al par de carga a una baja velocidad de rotación.

Ecuaciones.

Fig 5. Circuito de motor de excitación independiente.

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[pic 7]

Material:

• 2 amperímetros
• 2 Voltmetros
• Fuente de Cd variable y fija
• Cables
• Tacómetro.
• Ohmetro
• Banda de acoplamiento
• Motor CD
• Electrodinamómetro.

Desarrollo. (Procedimiento experimental)

1-. Primero observamos los diferentes componentes que se pueden encontrar dentro de una máquina de cd, así como revisamos su placa de datos para obtener la información que el fabricante nos da sobre su motor y dar diversos ejemplos y explicaciones del por qué es necesario que se construya de una forma u otra el motor, así como las diferentes aplicaciones y ventajas de cada motor revisado.

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