Maquinas Electricas

Máquinas de conmutador UniTrain-I- Kurs "Máquinas eléctricas I: Máquinas de conmutador"

Curso No.: SO4204-7S Versión 2.0 Autor: Christoph Müssener Lucas-Nülle GmbH · Siemensstraße 2 · D-50170 Kerpen (Sindorf) · Tel.: +49 2273 567-0 www.lucas-nuelle.com www.unitrain-i.com Copyright © 2009 LUCAS-NÜLLE GmbH. All rights reserved.

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

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Metas de aprendizaje ¡Bienvenidos al curso UniTrain-I de máquinas de conmutador! El personal de LUCAS-NÜLLE le desea mucha diversión y éxito con el estudio de los temas del curso y la ejecución de los experimentos.

En este curso se transmitirán conocimientos, tanto teóricos como prácticos, alrededor del tema "máquinas de conmutador", esto es, máquinas de corriente continua y máquinas universales. El análisis experimental de las máquinas universales y de las de excitación en serie y en derivación constituye la parte central de este curso en el que se transmiten conocimientos acerca del funcionamiento, respuesta y modo de operación de estos motores.

Objetivos Inducción electromagnética, fuerzas de Lorentz Motor, generador Campos magnéticos Componentes y diseño de las máquinas de corriente continua Conmutador, escobillas de carbón Devanados en serie, en derivación y compound Ajuste de las escobillas Devanados de conmutación y de compensación Mediciones de corriente y tensión en la excitación y en el inducido Motor universal Operación con tensión alterna Datos nominales, placa de datos Variación de la velocidad de giro Inversión del sentido de giro Atenuación de campo Resistencias de inducido y de campo Medición de velocidad de giro con estroboscopio

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Material SO4203Interfaz UniTrain-I 2A SO4203Experimentador UniTrain-I 2B SO4203- Fuente de alimentación de 2D ampliación UniTrain-I Tarjeta UniTrain-I: SO4204Máquina de conmutador 7S con rotor y estroboscopio SO4203- Accesorios de medición 2J UniTrain-I LM2330

Multímetro Multi 13S, opcional

Segundo experimentador SO4203- UniTrain-I, opcional, 2B como estación de acoplamiento Nota: Algunas animaciones presuponen la instalación previa de Flash-Player. Si en su sistema no se encuentra instalado este programa, puede descargar en cualquier momento una versión actual de la página de Adobe.

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Tarjeta SO4204-7S La tarjeta de experimentación contiene una máquina de corriente continua, con plena capacidad de operación, que se puede conectar a una fuente de alimentación de c.c. del sistema UniTrain-I. Por razones didácticas, la máquina presenta una estructura abierta y está dotada de un rotor intercambiable y de escobillas ajustables. Puede operar como motor al igual que como generador. Pase el puntero del ratón sobre la imagen y obtendrá mayor información acerca de los componentes individuales de la tarjeta.

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Características técnicas:

Estator:

Resistencia del devanado (200C): Tensión nominal de excitación: Corriente nominal de excitación: Máx. velocidad de giro:

bipolar, dos devanados de excitación aislados 22 Ω 2 x 7,5 V 0,3 A 4500 (transitoria 5000) min-

1

Sensor de temperatura: Dimensiones:

KTY84-150 (hoja de datos) 160 x 100 mm (H x B)

ATENCIÓN - Nota de seguridad La tarjeta experimental ha sido diseñada para operar sólo con tensión baja de protección. Se debe emplear exclusivamente con la fuente de alimentación de tensión continua y

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alterna del sistema UniTrain-I. Si se utilizan otras fuentes de alimentación existe peligro de muerte.

Estator Bipolar 2 devanados aislados Los extremos del devanado se conducen a casquillos de 2 mm para una conexión libre que permita implementar aplicaciones como máquina de excitación en derivación o en serie

Accesorios Resistencia de medición (shunt) 0,47 W selectivamente para medición de corrientes de inducido o de excitación Resistencia en serie 6,8 W / 4W para utilización en el arranque del rotor o como resistencia de excitación 4 resistencias de arranque de 2 W, conmutables por relé, para experimentos de arranque (cableado fijo con los relés numerados del 1 al 4) Bombilla de 12 V / 2 W como carga de generador Sensor de temperatura KTY84-150 y (hoja de datos) fuente de corriente constante 2mA ATENCIÓN - Nota Si se utiliza la presente tarjeta en conjunción con otras, podría presentarse un conflicto entre los relés de la resistencia de arranque y la simulación de fallos.

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Rotor

Unidad de rotor desmontada del estator con clavija de fijación: Inversor de corriente de 12 láminas 12 devanados, cada uno con una resistencia en frío de 4,3 Ω y dos escobillas de carbón Ajuste de las escobillas en 5 posiciones preferentes: -20°, -10°, 0°, 10°, 20° Tensión nominal del rotor = 15 V (brevemente, 20 V) Corriente nominal del rotor = 0,4 A (brevemente, 1 A) Máxima velocidad de giro = 5000 (brevemente, 6000) rpm Al montar el rotor en el estator se debe observar que la clavija de fijación se introduzca en el casquillo de 4 mm rotulado con la indicación de 0 grados. ATENCIÓN - Nota de seguridad La tarjeta experimental ha sido diseñada para operar sólo con tensión baja de protección. Se debe emplear exclusivamente con la fuente de alimentación de tensión continua y alterna del sistema UniTrain-I. Si se utilizan otras fuentes de alimentación existe peligro de muerte.

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Estroboscopio

En conjunción con la interfaz UniTrain-I, el LED montado sobre un cable flexible se convierte en un estroboscopio útil para mediciones de velocidad de giro libres de contacto: Conexión, cable de 0,5 m con casquillo BNC Frecuencia de destello: 1 .... 150 Hz a través de instrumento virtual Destello: LED blanco ultraclaro Encontrará más información útil para manejar este componente en la sección de ayuda del instrumento virtual “Estroboscopio”. ATENCIÓN – Nota de advertencia Como medida de protección de los ojos y la retina, jamás mire directamente al LED mientras éste destella.

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Introducción En la mayoría de los casos, las máquinas de conmutador operan por medio de sistemas de tensión continua, por lo cual, por lo general, se las denomina máquinas de corriente continua. No obstante, funcionan también con corriente alterna. Las máquinas universales tienen el mismo diseño de las máquinas de excitación en serie de corriente continua, y poseen características similares, pero se operan con sistemas de corriente alterna. Las máquinas de continua, así como las universales, poseen siempre un inversor de corriente, el cual opera como un conmutador mecánico. Por esta razón, también se las conoce como máquinas de conmutador. En todas las máquinas de conmutador, la transmisión de energía al rotor en movimiento se produce por medio de escobillas de carbón y un inversor de corriente.

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Desarollo histórico Dos descubrimientos realizados en la primera mitad del siglo XIX fueron esenciales para el desarrollo de las máquinas de conmutador de corriente continua. 1810

H.Ch. Oersted y Descubrimiento de las fuerzas electromagnéticas. A.-M. Ampère

1831

M. Faraday

Descubrimiento del principio de inducción electromagnética: inducción mutua

1832

J. Henry

Descubrimiento del principio de inducción electromagnética: autoinducción

1832

Pixii

Desarrollo del primer motor de corriente continua, con el que se reemplaza la generación de tensión por métodos galvánicos.

Werner von Siemens Descubrimiento del principio dinamoeléctrico (autoexcitación de generadores), con lo que se establecen las condiciones para la construcción de máquinas de gran tamaño

1866

1884

Henges y Mather

Descubrimiento del devanado de compensación y de conmutación como un medio para limitar la reacción del inducido

1885

En Inglaterra y en Norteamérica se emplean por primera vez escobillas de carbón

alrededor de 1890

La introducción de la tecnología de corriente trifásica hace que se reduzca la importancia de las máquinas de corriente continua

alrededor de 1940

Gracias al desarrollo de la tecnología de convertidores, las máquinas de corriente continua recuperan un puesto en el mercado al encontrar aplicación en los accionamientos con velocidad de giro controlada

hoy

Debido al progresivo aumento del empleo de las máquinas de campo giratorio, alimentadas por convertidores de frecuencia (p. ej.: máquinas asíncronas), las máquinas de corriente continua han perdido importancia.

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Ventajas y desventajas Hoy en día, las máquinas de conmutador son las máquinas eléctricas mayormente utilizadas. Esto se debe, especialmente, a las siguientes ventajas: Alto grado de conocimiento y dominio de las mismas Posibilidad de ajuste continuo de la velocidad de giro en un amplio rango Alta estabilidad de la velocidad de giro (escasa variación de la velocidad de giro, incluso bajo carga y con ausencia de regulación) Buen acoplamiento mecánico Alta dinámica Buena capacidad de regulación de la corriente, el par y la velocidad de giro

No obstante, existen desventajas que en muchos casos de aplicación han conducido a un total desplazamiento de las máquinas de conmutador: Requieren mantenimiento (desgaste de las escobillas de carbón y del conmutador) Baja protección (formación de chispas en las escobillas de carbón) Alto precio, construcción compleja, (los rotores en cortocircuito, de corriente trifásica, son más sencillos y económicos)

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Aplicaciones actuales Hoy en día, la energía trifásica ha reemplazado casi por completo la aplicación de las máquinas de conmutador como generadores de energía. Las máquinas de conmutador también se emplean cada vez con menor frecuencia en la tecnología de accionamientos. Sin embargo, incluso en el futuro, no se prescindirá de su uso en aquellos casos en los que la duración del servicio de la máquina no sobrepasa el intervalo temporal necesario para el mantenimiento del accionamiento. Motores pequeños en rango de vatios (p. ej.: juguetes, rasuradoras, limpiaparabrisas) Accionamientos con velocidad de giro controlada, en rango de kW, p. ej.: accionamientos de tracción, equipos elevadores (tendencia decreciente) Máquinas de gran tamaño, en rango de 10 MW (p. ej. motor de laminación, propulsión de embarcaciones) El rango de velocidad de giro abarca desde unas cuantas revoluciones por minuto, en los accionamientos de gran tamaño, hasta aproximadamente 10.000 revoluciones por minuto en los accionamientos pequeños. Los motores de conmutador se emplean en gran cantidad, como motores universales, en las herramientas eléctricas portátiles y en los electrodomésticos.

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Fundamentos del magnetismo El funcionamiento de las máquinas eléctricas se basa en los principios físicos básicos de la inducción electromagnética y en la fuerza de Lorentz

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Introducción electromagnética La ley de la inducción tiene una importancia central para la comprensión del funcionamiento de los generadores.

Inducción electromagnética En un conductor que atraviesa un campo magnético, desplazado por una fuerza F, se produce una tensión. La tensión inducida genera una corriente en el conductor, si éste se encuentra dentro de un circuito cerrado de corriente.

Nota: La inducción electromagnética es responsable de que se produzca tensión y corriente en los generadores, independientemente de si se trata de generadores de corriente continua o trifásica.

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Fuerzas de Lorenz Efecto dinámico de los campos magnéticos Para el funcionamiento de una máquina eléctrica, junto a la ley de inducción, es sobre todo de central importancia el efecto dinámico ejercido por un campo magnético sobre un conductor por el que fluye corriente:

Fuerzas de Lorentz Sobre un conductor por el que fluye una corriente, el cual se encuentra dentro de un campo magnético perpendicular a él, actúa una fuerza perpendicular al sentido del flujo de la corriente y al campo magnético. Esta fuerza es proporcional a la corriente I, que fluye por el conductor, y a la inducción magnética B del campo magnético externo.

Nota: A la fuerza de Lorentz se debe, por tanto, que un conductor por el que fluye una corriente se mueva dentro de un campo magnético. En esto se basa el funcionamiento de este tipo de motores.

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Regla de la mano derecha Un método sencillo para determinar la dirección de la fuerza de Lorentz lo constituye la llamada "regla de la mano derecha". Las magnitudes velocidad v de los electrones (opuesta al sentido técnico del flujo de corriente), inducción magnética B del campo magnético externo y fuerza F (fuerza de Lorentz) forman un ángulo recto entre sí. Si se conoce la dirección de dos de estas magnitudes, se obtiene la dirección de la tercera a partir de la "regla de la mano derecha".

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Prueba de conocimientos

¿En qué año se desarrolló el primer motor de corriente continua? 1580 j 1914 k l m n i 1832 j k l m n j k l m n

¡Correcto!

¿En qué principios físicos se fundamentan todas las máquinas eléctricas? Ley de la gravedad i Inducción electromagnética y fuerza de Lorentz j k l m n j k l m n

¡Correcto!

¿Qué piezas desgastables poseen las máquinas de conmutador, al contrario que las máquinas asíncronas? c d e f g

Devanados de estator

c d e f g

Panel de bornes b Escobillas de carbón c d e f g b Conmutador c d e f g

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¡Correcto!

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Principio básico de las máquinas de corriente continua Un lazo conductor, cuyo eje se aloja en un apoyo rotatorio, se encuentra en el interior del campo magnético de un imán permanente. A través del lazo conductor fluye una corriente continua en el sentido que muestran las flechas Debido a la presencia de las fuerzas de Lorentz, en las barras superior e inferior del conductor se originan, respectivamente, fuerzas, cuya dirección es exactamente vertical al campo magnético y a la barra conductora. Las fuerzas generan un par que actúa sobre el rotor, lo cual provoca el giro del lazo conductor sobre el eje indicado. Tras un giro de 90 grados (en relación al punto de partida mostrado en la imagen) se alcanza la estabilidad y el lazo conductor se detiene. Si se invierte el sentido del flujo de corriente, debido a las fuerzas de Lorentz, se vuelve a presentar un par de giro con el consecuente movimiento giratorio.

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Principio básico

El lazo conductor se conecta a una fuente de tensión a través de escobillas de carbón y un inversor de corriente (conmutador). En la imagen sólo se esbozan el conmutador y las dos barras del conductor.

El inversor de corriente cumple con la función de invertir constantemente la polaridad del lazo conductor cada medio giro, para que así, por ejemplo, la barra inferior siempre se mantenga conectada al polo positivo. El campo magnético generado por el lazo conductor permanece siempre en un ángulo favorable en relación al campo magnético externo y genera continuamente un par. En consecuencia se obtiene un giro constante del motor.

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Generación del campo magneético del estator

Básicamente, para que una máquina eléctrica funcione, se necesita un campo magnético externo, esto es, lo que se denomina excitación. Para su formación se pueden emplear imanes permanentes o, como en la mayoría de los casos, electroimanes. El campo magnético conduce hasta el entrehierro, necesario entre el estator y el rotor. Se tiene así un circuito magnético cerrado en sí mismo. Los campos magnéticos se pueden representar de manera especialmente clara por medio de las "líneas de campo magnético". Las líneas de campo pasan por el interior del devanado y se cierran por fuera mediante el circuito del hierro, el rotor y el entrehierro.

Por medio del devanado de excitación, con el número de espiras w, se induce un flujo magnético en el circuito magnético. Este flujo es proporcional a la corriente I, que fluye por el devanado, y a su número de espiras: Θ = I*w En aquel tramo en el que las líneas de campo se encuentran más cercanas entre sí, la densidad de flujo B es especialmente alta, y es menor en el tramo en el que las líneas se separan. La unidad de la densidad del campo magnético está representada por el flujo magnético Φ. Éste se obtiene a partir del producto de la densidad de flujo B y de la superficie A, que dicho flujo atraviesa: Φ = Β∗Α

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Experimento: Imán permanente en el estator Experimento opcional sobre campo magnético, fuerzas resultantes y ángulo óptimo entre el campo magnético del rotor y el estator. Nota: El experimento sólo se puede llevar a cabo si se dispone del rotor de imán permanente del curso de máquinas de corriente trifásica SO4204-7T.

Inserte la tarjeta SO4204-7S en el experimentador. Coloque el imán permanente en el estator. Los devanados del estator se encuentran aún sin cablear.

Haga girar el imán permanente alrededor de su eje una o varias veces y describa lo que observa. c d e f g b c d e f g c d e f g b c d e f g c d e f g

El polo sur siempre gira hacia la izquierda Se presentan zonas en las que no se percibe la existencia de pares de giro No se percibe la presencia de ningún par de giro Tras una revolución completa se perciben dos valores máximos y dos mínimos del par de giro Tras una revolución completa se percibe un valor máximo y uno mínimo del par de giro

¡Correcto!

¿Es diferente la respuesta si los polos del imán pasan frente a las zapatas polares a cuando pasan por zonas en las que no hay zapatas polares?

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En el área en donde se encuentra una zapata polar, el par alcanza su mayor valor b En el área en donde se encuentra una zapata polar, el c d e f g par alcanza su menor valor b En el área en donde no se encuentra ninguna zapata c d e f g polar, el par alcanza su mayor valor c En el área en donde no se encuentra ninguna zapata d e f g polar, el par alcanza su menor valor c d e f g

¡Correcto!

¿Existen diferencias en la respuesta del polo norte y del polo sur? Si el polo norte se encuentra arriba se genera el par de giro de mayor magnitud. c Sólo cuando el polo sur se encuentra formando un d e f g ángulo recto con las zapatas polares se genera un par de giro fuerte. b Ambos polos se ven atraídos de igual manera por el c d e f g hierro de las zapatas polares. c d e f g

¡Correcto!

¿En qué sentido gira el rotor? A veces a la derecha, a veces a la izquierda, en función de la zapata polar que se encuentre a menor distancia de los polos. c A veces a la derecha, a veces a la izquierda, en d e f g función de la zapata polar que se encuentre a mayor distancia de los polos. c A veces a la derecha, a veces a la izquierda, de d e f g manera arbitraria. b c d e f g

¡Correcto!

Conecte ahora el devanado de excitación a la tensión de alimentación de 15V, como se muestra en la imagen.

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Describa la respuesta que se presenta en la zona en la que las zapatas polares y los polos se encuentran frente a frente? i j k l m n

En esa zona el par de giro es neutro.

j k l m n

En esa zona se presenta el par de giro más fuerte.

¡Correcto!

Describa la respuesta que se presenta si el rotor de imán permanente se encuentra en posición exactamente perpendicular al campo de excitación (esto es, en la zona que se encuentra entre las zapatas polares), señalando con el polo marcado de rojo hacia arriba. El imán trata de girar a veces a la izquierda y a veces a la derecha, en función de la zapata polar que se encuentre más cerca. i El imán trata de girar únicamente en una dirección, de j k l m n manera que el polo marcado de rojo se encuentre a la derecha y el azul a la izquierda. j k l m n

¡Correcto!

Describa la respuesta que se presenta si el rotor de imán permanente se encuentra en posición exactamente perpendicular al campo de excitación, con el polo azul orientado hacia arriba.

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El imán trata de girar a veces a la izquierda y a veces a la derecha, en función de la zapata polar que se encuentre más cerca. i El imán trata de girar únicamente en una dirección, de j k l m n manera que el polo marcado de rojo se encuentre a la derecha y el azul a la izquierda. j k l m n

¡Correcto!

Permute las conexiones de los terminales de 15 V y de masa y describa cómo varía la respuesta. El imán trata de girar únicamente en una dirección, de manera que el polo marcado de azul se encuentre a la derecha y el rojo a la izquierda. j Independientemente de la polaridad de la excitación, k l m n el polo azul siempre tiende a girar hacia la izquierda. i j k l m n

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¡Correcto!

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Inducido en doble T en el campo magnético La animación del motor muestra el refinado principio básico de un motor de continua bipolar. El rotor no se representa esta vez como un lazo conductor, sino que consta de un núcleo de hierro bobinado. De esta manera, se pueden alcanzar densidades de flujo magnético mucho más elevadas y, con ello, mayores pares de giro. El rotor de la imagen se denomina inducido en doble T. Éste es el diseño más sencillo posible para un rotor de una máquina de corriente continua. El nombre está dado por su forma, la cual recuerda dos letras "T". Rotor o inducido: Núcleo de acero (azul y rojo) Devanado (naranja) Conmutador, llamado también inversor de corriente o colector, con dos delgas (naranja) Aislador (gris) Estator o inductor: Imán con el número de pares polares p = 1 (azul o rojo) 2 escobillas de carbón (negras) Conductores de cobre (naranja = la corriente fluye; negro = no fluye corriente) Los extremos inicial y final de las bobinas del inducido están conectados a las

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delgas del conmutador. Las delgas se encuentran separadas entre sí por medio de aislamientos intermedios. La alimentación de corriente del devanado de inducido se realiza por medio de escobillas de carbón, las cuales mantienen un contacto deslizante con el inversor de corriente y alimentan de esta manera las bobinas. Allí se genera un campo magnético, el cual actúa en conjunto con el campo magnético exterior. Dado que los polos de igual signo se repelen y los de signo contrario se atraen, el rotor entra en movimiento giratorio. Un poco antes de que haya llegado a su meta, se interrumpe el flujo de corriente, puesto que las escobillas entran ahora en contacto con el aislador, perdiendo el contacto con las delgas conductoras. El rotor ya no se encuentra dentro de un campo magnético, en esta posición ya no se presentan fuerzas ni pares de giro. Si la máquina se detiene, finaliza su marcha. Sin embargo, dado que normalmente el rotor obedece a la inercia, si ya ha iniciado un movimiento giratorio, sobrepasará el tramo muerto representado por el aislador ubicado entre las delgas. Tan pronto como las escobillas hayan entrado nuevamente en contacto con las siguientes delgas conductoras, debido al movimiento experimentado, el rotor ejecuta otra media vuelta, en relación al inicio y al final del devanado, cambiando la polaridad del devanado así como la del campo magnético del rotor. El conmutador y las escobillas se pueden imaginar como un conmutador mecánico, el cual invierte el sentido de la corriente cuando el colector pasa a través del punto muerto (paso por cero).

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Rotor en triple T

Los motores de continua con inducido en doble T presentan una gran desventaja: No pueden arrancar por sí mismos. Exactamente cuando las escobillas del conmutador se encuentran en el llamado punto muerto, no es posible ningún flujo de corriente. Los motores de continua, con 'inducido en triple T', pueden arrancar desde cualquier posición y no poseen ningún punto muerto. El colector está provisto de tres segmentos (delgas). A cada delga llega, respectivamente, el inicio o el final del devanado de las dos delgas contiguas. Independientemente de la posición en que se encuentre el rotor, fluye básicamente una corriente a través de todos los devanados del mismo. Los campos magnéticos resultantes del flujo de corriente de los tres devanados parciales se suman para conformar un campo magnético total. Por cada giro del rotor se producen ahora tres "pasos del flujo corriente" (de un devanado al siguiente).

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Diseño práctico del devanado de inducido Efectivamente, en los motores reales, la cantidad de devanados del rotor y las correspondientes segmentos del conmutador se implementan en una cifra mucho más alta. De esta manera se alcanza una rotación mucho más uniforme de las máquinas. La siguiente imagen lo muestra de manera ejemplar. Para obtener una visión más clara, los devanados se representan en el exterior y las escobillas en el interior. En la realidad, la mayoría de las veces se presenta exactamente el caso contrario: Los extremos finales de las bobinas se conectan a dos delgas contiguas del conmutador. A cada delga se conecta el extremo final y el inicial de dos bobinas, con lo cual, el devanado del rotor aparece como un sistema cerrado en sí mismo . De esta manera se consigue (a pesar del giro del rotor) un flujo constante de corriente en el devanado del rotor por debajo del polo de excitación. Las escobillas de carbón entran en contacto, respectivamente, con sólo una delga o con dos delgas vecinas. En este caso, el devanado del rotor afectado se cortocircuita por un breve insante. En los motores reales, las escobillas de carbón pueden llegar a ser tan anchas, que incluso cortocircuitan transitoriamente varios devanados de rotor a la vez.

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Operación como generador

Las máquinas de continua pueden, básicamente, funcionar como motores, de acuerdo con el principio de las "fuerzas de Lorentz", o como generadores, de acuerdo con el principio de la "inducción electromagnética". No obstante, desde hace ya mucho tiempo, el generador de corriente trifásica ha desplazado al generador de continua de su papel de proveedor de energía eléctrica. Sin embargo, la operación como generador de una máquina de continua cobra un importante significado dentro de la tecnología de accionamientos. Frecuentemente, las máquinas de continua, que por lo general sirven como accionamientos, se emplean también como freno. En este caso, la energía cinética de la máquina de continua, que opera como generador, se transforma en energía eléctrica y se suministra a la red de corriente continua.

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Construcción Las máquinas de conmutador pueden presentar diferentes diseños, pero, básicamente, contienen los siguientes componentes:

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1. Caja del estator 2. Devanado de excitación (primera parte) 3. Paquetes de chapas del estator 4. Zapata polar 5. Devanado del rotor 6. Conmutador 7. Eje 8. Rodamiento 9. Paquete de chapas del rotor 10. Devanado de excitación (segunda parte)

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Las chapas del estator En las siguientes fotografías se representa la estructura del estator de la máquina experimental de corriente continua.

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Los polos principales y todo el circuito magnético del estator se compone de un paquete de chapas estampadas. Además de poner a disposición los polos salientes, el paquete de láminas tiene la tarea de formar el yugo magnético para qué, sin tomar en cuenta el entrehierro, se genere un circuito magnético por el que puedan desplazarse las líneas de campo. La máquina experimental de continua posee un par de polos principales. Básicamente, es posible implementar más pares de polos principales y de conmutación, lo cual es usual en las máquinas de mayor tamaño. Los polos principales poseen devanados de excitación. En función del diseño de la máquina, el devanado de excitación en serie se realiza con un bajo valor resistivo y el de excitación en derivación con un alto valor resistivo. En la imagen adyacente se reconoce un paquete de 15 chapas de estator soldadas. Para evitar atenuaciones de corrientes parasitarias, el circuito magnético no se construye con hierro macizo, sino con chapas para dínamo, punzonadas y aisladas.

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Devanado de excitación La máquina experimental posee dos devanados de excitación, cuyos extremos se conducen a los bornes F1, F2 y F3, F4. Cada uno de estos devanados tiene una resistencia de aprox. 10 Ω. Este valor depende en gran medida de la temperatura y, adicionalmente, está supeditado a las tolerancias de fabricación*. Durante la experimentación, Ud. podrá determinar los valores exactos. Los dos devanados parciales de excitación se conectan en paralelo o en serie, en función del tipo de funcionamiento deseado. Al hacerlo se debe observar que la polaridad sea correcta, de lo contrario, los campos magnéticos se anulan. Para alcanzar en el devanado de excitación los valores necesarios para el funcionamiento con excitación en derivación de esta máquina, es necesario conectar en serie los dos devanados parciales. Esto eleva el número de espiras y el valor de la resistencia. Por el contrario, para alcanzar los valores necesarios en el devanado de excitación, si la máquina funciona por excitación en serie, se requiere la conexión de los dos devanados parciales en paralelo. Esto aumenta al doble la sección transversal de conducción. El devanado de excitación presenta de esta manera una resistencia baja y, por tanto, es apto para conectarse en serie al devanado del inducido sin que se reduzca fuertemente la corriente del rotor. *Dispersión unitaria = diferencias entre un equipo y otro debidas a las tolerancias propias de la fabricación.

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

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Las chapas del rotor: devanado del inducido Sobre el eje rotatorio se alojan el paquete de chapas con el devanado del rotor, el conmutador y el rodamiento.

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El paquete de chapas del rotor se compone de chapas para dínamo, aisladas de manera que las pérdidas en el hierro se mantengan en el más bajo valor posible. Las chapas poseen ranuras a lo largo de su perímetro, para el alojamiento del devanado del rotor. En las máquinas más pequeñas, el paquete de chapas se fija el eje directamente con sus anillos de presión, de lo contrario, se emplean brazos de soporte.

Diseño de la máquina experimental Nuestra máquina de experimentación posee una estructura extremadamente “mínima”. Por esta razón, el paquete sólo se compone de seis chapas para dínamo (llegando a 12 en series posteriores). El rotor de la máquina consta de doce arrollamientos que se alojan en las seis perforaciones circulares (que llegan a ser 12 en series posteriores) sujetándose así de las chapas. Por esta razón, en cada una de las doces láminas del conmutador se reconocen dos extremos de alambre soldado, que representan el inicio y el final de dos devanados del rotor. La resistencia en frío de cada devanado es de aproximadamente 4,3

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Ω. Sin embargo, entre dos láminas se mide aproximadamente 3,9 Ω. La razón estriba en que todos los devanados se encuentran conectados circularmente entre sí, por lo que cada uno de ellos siempre tiene en paralelo 11 devanados conectados en serie.

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Rodamiento

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El rotor gira sobre un eje, cuyos extremos se alojan en un rodamiento de bolas. La tarea de éstos consiste en mantener al eje en su posición y asegurar al mismo tiempo un movimiento giratorio con poca fricción. En nuestra máquina experimental, efectivamente, sólo el rodamiento inferior debe soportar una gran carga. No obstante, el rodamiento superior también es importante puesto que el tablero de bornes del rotor y las escobillas deben permanecer en una posición fija.

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Conmutador: escobillas de carbón El colector de delgas (conmutador) y las escobillas de carbón constituyen dos de las partes principales de las máquinas de conmutador. Sirven para garantizar un flujo de corriente, con escasas pérdidas en el devanado del inducido giratorio, así como el paso del flujo de corriente de un devanado al siguiente, tal como se mostró anteriormente.

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El conmutador consta de láminas (delgas) cuneiformes, con aislamientos de mica intermedios, que se mantienen unidas entre sí gracias a una estructura de compresión. Los motores pequeños y los minimotores poseen un conmutador mucho más sencillo, de resina sintética moldeada, con delgas fundidas. Dos escobillas de carbón, con contenido de grafito, conforman un contacto deslizante con el conmutador rotatorio, y suministran de esta manera corriente a las bobinas. El carbón es, relativamente, un buen conductor eléctrico, que, además, posee cualidades lubricantes, dado que las partículas de este material que se separan, debido al desgaste, se agrupan alrededor de la superficie del colector facilitando el deslizamiento. Debido a las pérdidas de partículas de carbón de las escobillas, éstas se convierten en piezas de desgaste que se deben ser reemplazar en cuanto se vuelvan demasiado cortas.

Las escobillas móviles se apoyan en portaescobillas, unidas al estator con el debido aislamiento; por medio de muelles se consigue que presionen al

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conmutador que se encuentra en el interior.

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Placa de datos Toda máquina eléctrica posee una placa de características adherida a ella, por lo general, sobre la caja de toma de corriente. La placa de características contiene también, junto a los datos de diseño de la máquina, información acerca de la denominación de tipo y el nombre del fabricante. Las casillas tienen el siguiente significado: 1. Logotipo de la empresa 2. Máquina de corriente continua, reconocible como de excitación en derivación gracias a los datos de excitación 3. Tensión de diseño del devanado del rotor = 220 V 4. La potencia mecánica, permanentemente disponible en el eje, es de 0,15 kW 5. Velocidad de giro nominal = 2000 min-1 6. Tensión nominal de excitación = 220 V

1+2 3 4 5 6

10

11

7+8 7. Clase de

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aislamiento B, describe la calidad de los aislamientos del devanado 8. El tipo de protección (IP 20, en este caso) describe la protección contra la penetración de líquidos y cuerpos sólidos 9. La denominación de tipo de LucasNülle

9

12

Placa de características de una pequeña máquina de excitación en derivación, de corriente contuinua

10. Corriente nominal del devanado del rotor = 1,0 A 11. Corriente nominal del devanado de excitación = 0,1 A 12. La máquina cumple con la norma VDE 0530

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Prueba de conocimientos

Entre las máquinas de conmutador se encuentran: Máquinas de corriente continua c Máquinas asíncronas d e f g b Máquinas universales c d e f g c Máquinas síncronas d e f g b c d e f g

¡Correcto!

¿Qué componentes pertenecen a una máquina de conmutador? b c d e f g

Devanado de excitación

Devanado de excitación b Caja del estator c d e f g b Chapa de estator con zapatas polares c d e f g c d e f g

Eje b Conmutador c d e f g c Convertidor estático de corriente d e f g b Rotor con devanados c d e f g b c d e f g

b c d e f g

¡Correcto!

Escobillas de carbón

¿Cuál es la tarea de una máquina de conmutador? Es un contacto que establece la conexión con el devanado de excitación. j Es un mecanismo conmutador que interrumpe la k l m n corriente de excitación. i Es un mecanismo conmutador que, durante el j k l m n movimiento giratorio de la corriente del rotor, la hace pasar de un devanado al siguiente. j k l m n

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¡Correcto!

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Tipos y devanados de máquinas de corriente continua Debido al principio que permite su funcionamiento, las máquinas de corriente continua excitadas eléctricamente, además del devanado del rotor, también poseen siempre un arrollamiento de excitación: Devanado de inducción: arrollamiento emplazado sobre el rotor Devanado de excitación: se encuentra en el estator, pieza de posición fija, y genera el campo magnético Estos devanados se pueden conectar de diferente manera a la tensión de alimentación. El modo de conexión ejerce una clara influencia sobre las propiedades del motor. Por esta razón, se diferencia entre las máquinas siguientes: Máquinas de excitación en derivación: el devanado de excitación es paralelo al del inducido Máquinas de excitación en serie: el devanado de excitación se encuentra conectado en serie al del inducido Máquinas compound: parte de la excitación se genera a través de un devanado en derivación y, la otra parte, por medio de un devanado de excitación en serie Además, existen otros tipos de devanados propios de máquinas especialmente grandes: Devanado de conmutación o de polo auxiliar Devanado de compensación

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Designación de conexiones y diagramas de circuito En las máquinas de corriente continua, además del arrollamiento de inducido y del de excitación, se presenta una serie de devanados, cuyas conexiones tienen la siguiente designación: A1 - A2 Devanado del inducido B1 - B2 Devanado de conmutación C1 - C2 Devanado de compensación D1 - D2 Devanado de excitación en serie E1 - E2 Devanado de excitación en derivación F1 - F2 Excitación externa Las letras designan el tipo de devanado, el número 1 indica el inicio y el 2 el final del arrollamiento.

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Máquinas de excitación en serie

Los devanados de inducción y de excitación están conectados en paralelo. La tensión de excitación corresponde a la del inducido y no se puede ajustar de manera independiente: UA = UE La corriente de inducido depende de la carga. Sin embargo, las modificaciones de la corriente del inducido no ejercen ninguna influencia sobre la corriente de excitación ni sobre la excitación en sí. Si es necesario modificar la excitación, esto es sólo posible por medio de la tensión, lo cual, naturalmente, afectaría la corriente del inducido.

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Debido a la conexión del devanado tensión constante, el motor de exc continua obtiene una corriente de e por tanto, un flujo magnético indep

Como consecuencia de la caída de de inducido, la velocidad de giro de creciente, con respecto a la velocid vacío n0, . Dado que la resistencia inducido es baja, la velocidad de g carga nominal sólo en un pequeño

Una característica de esta naturale denominar "dura", con característic derivación).

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Conexión y operación En este experimento la máquina de continua opera con excitación en derivación.

Monte el arreglo experimental de acuerdo con la animación. El eje del rotor se inserta en el rodamiento que se encuentra en el estator. Al colocar el rotor observe que la clavija de fijación se inserte en el clavijero con la inscripción 0°.

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Abra el instrumento virtual Control de motor de c.c. del menú Instrumentos/Fuentes de alimentación o pulse la imagen del aparato. Seleccione un valor de 15 V. Encienda la fuente de alimentación con el botón POWER. (En el caso de las máquinas nuevas, no rodadas, es posible que sea necesario elevar la tensión algunos voltios más para que el motor arranque).

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¿Cómo responde la máquina? La máquina se acelera rápidamente hasta alcanzar su propia velocidad de giro y luego mantiene esta velocidad constante. j La máquina no arranca. k l m n i j k l m n

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¡Correcto!

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Medición de velocidad de giro En este experimento se mide la velocidad de giro de una máquina de corriente continua, con excitación en derivación, por medio de un estroboscopio, sin contacto directo con la máquina.

Se mantiene el montaje del experimento anterior, y se complementa con el estroboscopio, el cual lanza destellos hacia el rotor sin tocarlo.

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Abra el instrumento virtual Control de motor de c.c. en el menú INSTRUMENTOS/CONTROL DE MOTOR. Ajuste 15,0 V. Conecte la fuente de alimentación por medio del botón POWER. Abra el instrumento virtual Estroboscopio en el menú INSTRUMENTOS. Ajuste la frecuencia de destellos a 30 Hz. Conecte el estroboscopio por medio del botón POWER.

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Dirija el destello hacia el rotor en movimiento. Eleve lentamente la frecuencia de destellos hasta que obtenga una imagen claramente fija. Para mayor información acerca del estroboscopio, consulte la sección de ayuda (p. ej., oprimiendo la tecla F1). Lea la velocidad de giro a partir de 2280 rpm. ¡Correcto!

Nota: Aparentemente, se obtienen imágenes estáticas con muchos números de revoluciones. No obstante, existen sólo muy pocas frecuencias de destello en las que se consigue obtener una imagen verdaderamente nítida. Sólo entonces se puede deducir la verdadera velocidad de giro. Incluso después de pocas pruebas dispondrá de experiencia suficiente para juzgar si el resultado es concluyente o no.

¿Existen también otras frecuencias de destello del estroboscopio que permitan obtener imágenes estáticas? Sólo con una frecuencia de destello se obtienen imágenes estáticas b También con una frecuencia de destello doble se c d e f g obtienen imágenes estáticas c También con una frecuencia de destello multiplicada d e f g por un factor de 1,73 se obtienen imágenes estáticas b También con una frecuencia de destello reducida a la c d e f g mitad se obtienen imágenes estáticas c d e f g

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¡Correcto!

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Ajuste de escobillas En este experimento se modificará la posición de las escobillas de la máquina de corriente continua, con excitación en derivación, y se observará el efecto de esta variación.

Se mantiene el montaje del experimento anterior, pero se modifica la posición del rotor. Varíe la posición de las escobillas de carbón extrayendo un poco el rotor para así girarlo y, al volver insertarlo, posicionar la clavija de fijación en el otro clavijero previsto para ello. Para una mejor manipulación de las escobillas, durante su ajuste, resulta recomendable destornillar por completo la clavija de fijación del rotor. Una vez que el rotor gire, la placa de conexión del mismo se debe fijar manualmente en la posición correspondiente para evitar que también rote. Para que un ángulo definido de las escobillas se mantenga durante mucho tiempo, emplee los casquillos previstos para ello y la clavija de fijación de la unidad de rotor.

¿Qué efectos se observan tras la modificación de la posición de las escobillas de carbón?

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c d e f g b c d e f g

c d e f g

c d e f g

b c d e f g b c d e f g

El desplazamiento de las escobillas no influye sobre el número de revoluciones. En un rango de ajuste de aproximadamente -20 a + 20 grados casi no se notan efectos sobre el número de revoluciones. En un rango de ajuste de aproximadamente -50 a + 50 grados casi no se notan efectos sobre el número de revoluciones. En un rango de ajuste que vaya más allá de +/- 60 grados casi no se notan efectos sobre el número de revoluciones. En un rango de ajuste que vaya más allá de +/- 60 grados el número de revoluciones se aproxima a cero. En un rango de ajuste de +/- 20 a 60 grados, la modificación de las escobillas influye en el número de revoluciones.

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¡Correcto!

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Máquinas con excitación externa Las máquinas de excitación en derivación operan frecuentemente con tensión de excitación constante y, por lo tanto, se denominan también máquinas de excitación externa. La estructura mecánica de las máquinas excitadas externamente es completamente idéntica a la de aquellas excitadas en derivación. La conexión de un devanado de excitación a una fuente externa brinda la ventaja de que la excitación de la máquina se pueda ajustar de manera completamente independiente de la tensión del inducido.

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Máquinas con excitación en serie

El devanado de excitación se conecta en serie con el de inducido. En consecuencia, la excitación de la máquina depende de la corriente del inducido. Dado que, a su vez, esta corriente depende de la carga, la excitación también aumenta bajo carga. IE= IA

Al contrario de las máquinas con excitación en derivación, en las con excitación en serie, el flujo magnético de la excitación depende de la carga.

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En lugar de la característica relativamente estable de la máquina con excitación en derivación, en este tipo de máquinas se obtiene una trayectoria hiperbólica de la velocidad de giro. Ante ausencia de un par antagónico (marcha en vacío), la máquina puede "embalarse", esto es, arribar a una velocidad de giro no permitida. Esto no se aplica a las máquinas pequeñas, en las cuales, debido a las pérdidas por fricción, se genera una corriente de marcha al vacío

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suficientemente alta, cuyo campo limita la velocidad máxima de giro. Frente a bajas velocidades de giro, la máquina con excitación en derivación suministra un elevado par de giro. Este tipo de motores se utilizan, fundamentalmente, en los ferrocarriles industriales y en los servicios locales de transporte ferroviario. Dado que M ~ I2, los elevados pares de giro, necesarios para el arranque de la máquina, se pueden alcanzar con una carga de red más pequeña que la necesaria en el caso de las máquinas con excitación en derivación, para las que es válido M ~ I.

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Conexión y operación En este experimento, la máquina de corriente continua se pone en servicio como máquina con excitación en serie.

Realice el montaje de acuerdo con la animación. El eje del rotor se introduce en el rodamiento que se encuentra en el estator. Al emplazar el rotor, tome en cuenta que la clavida de fijación se inserte en el clavijero rotulado con 0°.

Abra el instrumento virtual Control de motor de c.c. en el menú INSTRUMENTOS/CONTROLES DE MOTOR. Ajuste 16,0 V. Conecte la fuente de alimentación con el botón POWER.

¿Cómo responde la máquina? i j k l m n

La máquina se acelera rápidamente hasta alcanzar su propia velocidad de giro y luego mantiene constante esta velocidad.

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¡Correcto!

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j k l m n

La máquina no arranca.

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Máquina compound

Las máquinas compound poseen tanto un devanado de excitación en derivación como uno de excitación en serie.

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Para compensar la atenuación de ca producida por la caída de tensión en puede agregar una excitación en fun medio de un devanado en serie, con excitación constante del devanado e

Las dos componentes que actúan en ejercen influencia sobre las caracterí manera que, en parte, se genera una una máquina de excitación en deriva en serie.

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Conexión y operación En este experimento se pone en operación la máquina de conmutador como máquina compound.

Monte el experimento de acuerdo con la animación. El eje del rotor se inserta en el rodamiento que se encuentra en el estator. Al posicionar el rotor, tenga en cuenta que la clavija de fijación se inserte en el clavijero rotulado con 0°.

Abra el instrumento virtual Control de motor de c.c. del menú INSTRUMENTOS/CONTROLES DE MOTOR. Ajuste 20,0 V. Conecte la fuente de alimentación por medio del botón POWER.

¿Cómo responde la máquina? i j k l m n

La máquina se acelera rápidamente hasta alcanzar su propia velocidad de giro y luego mantiene constante dicha velocidad.

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

¡Correcto!

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j k l m n

La máquina no arranca.

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

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Devanado de conmutación

Durante el proceso de conmutación, en el devanado del rotor surgen tensiones indeseadas de conmutación y de inducción. Estas tensiones se pueden compensar si se reemplaza el campo del inducido por un campo de conmutación dirigido en sentido opuesto. Este campo de conmutación se crea por medio de devanados auxiliares. Además de eso, las máquinas de corriente continua de gran envergadura poseen adicionalmente polos arrollados entre los polos principales. Su devanado está conectado en serie con el rotor y, de esta manera, genera un flujo opuesto, proporcional al campo transversal del inducido. Los devanados auxiliares mejoran la conmutación, reducen las chispas en las escobillas y evitan de esta manera daños en las delgas y en las mismas escobillas de carbón.

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Devanado de compensación

A pesar de la presencia del devanado de conmutación, en el área de las zapatas polares permanece una distorsión de campo con sus consecuencias. Esto es especialmente desventajoso cuando se quiere emplear la máquina con fines de control automático de velocidad de giro, con atenuación de campo de excitación. En este caso, también se debe compensar el campo transversal del inducido en el área del polo principal. Debido a lo anterior, prácticamente, todas las máquinas de gran tamaño poseen un devanado de compensación conectado en serie con el rotor y los polos auxiliares. Dado que este devanado exige una construcción compleja, y presupone altos costes, se prescinde de él la mayoría de las veces en las máquinas de potencia media.

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Máquina universal

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

Al igual que la máquina con excitación en serie, el flujo magnétcio de excitación de la máquina universal depende de la carga. También en este caso se obtiene una trayectoria hiperbólica de la velocidad de giro. Frente a ausencia de par antagónico (marcha en vacío), la máquina universal también puede "embalarse". En la práctica, esto se evita, la mayoría de las veces, por medio de la inevitable fricción y del generoso dimensionamiento de las paletas de ventilador. Con bajas velocidades de giro, la máquina universal suministra un par de giro muy elevado. En todo caso, debido a razones de seguridad, por medio del apropiado dimensionamiento del circuito de excitación, se asegura que el par, en el rango de sobrecarga, no continúe ascendiendo al cuadrado sino en relación lineal a la corriente de inducido. De lo contrario, por ejemplo, ya no se podría detener un taladro si se presentara un bloqueo.

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Conexión y operación En este experimento, la máquina de conmutador se pone en servicio como máquina de excitación en serie conectada a tensión alterna.

Monte el experimento de acuerdo con la animación. El eje del rotor se introduce en el rodamiento que se encuentra en el estator. Al colocar el rotor, tome en cuenta que la clavija de fijación se inserte en el clavijero rotulado con 0°.

Abra ahora el instrumento virtual Generador de corriente trifásica del menú INSTRUMENTOS/FUENTES DE ALIMENTACIÓN. Ajuste 13,0 V y 50 Hz. Conecte la fuente de alimentación por medio del botón POWER.

¿Cómo responde la máquina? i j k l m n

La máquina se acelera rápidamente hasta alcanzar su propia velocidad de giro y luego mantiene constante

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

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dicha velocidad. j La máquina no arranca. k l m n

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

¡Correcto!

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Influencia de la tensión alterna El devanado de excitación se representa en el esquema equivalente como la conexión en serie de una inductancia y una resistencia. Ante la presencia de corriente continua, la reactancia de la inductancia no es notoria, pero debe ser tomada muy en cuenta si se conecta una tensión alterna (motor universal).

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

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Medición de reactancia con 50 Hz En este experimento se determina la reactancia de la máquina universal, en reposo, con 50 Hz.

Complete el montaje del experimento de acuerdo con la animación, para conectar las entradas de medición.

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

Abra el instrumento virtual Voltímetro A del menú INSTRUMENTOS/INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. Rango de medida: 50 V, RMS

Abra el instrumento virtual Amperímetro B del menú INSTRUMENTOS/INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. Shunt: 0,47 Ω. Rango de medición: 2 A, RMS

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Abra el instrumento virtual Generador de corriente trifásica del menú INSTRUMENTOS/FUENTES DE ALIMENTACIÓN. Ajuste 10,0 V y 50 Hz. Conecte la fuente de alimentación por medio del botón POWER.

Lea en los instrumentos virtuales los valores de tensión y corriente y transfiéralos a las casillas preparadas para ello: Tensión del motor universal 17__ V ¡Correcto! Corriente del devanado 0,45 A

A partir de los datos medidos, calcule ahora la impedancia: Impedancia Z = U / I = 37,77 ohmios

¡Correcto!

Cierre la fuente de alimentación de trifásica. Abra el instrumento virtual Control de motor de c.c. del menú INSTRUMENTOS/CONTROLES DE MOTOR. Ajuste 16,0 V ein. Conecte la fuente de alimentación por medio del botón POWER.

Lea en los instrumentos virtuales los valores de tensión y corriente y transfiéralos a las casillas preparadas para ello: Tensión del motor universal 14__ V ¡Correcto! Corriente del devanado 0,45 A

Ahora, a partir de los datos medidos, calcule la resistencia: Resistencia R = U / I = 31,11

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

¡Correcto!

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¿Por qué se obtiene una resistencia mayor con tensión alterna que la que se obtuvo con tensión continua? Debido a las imprecisiones propias de la medición i Debido a la reactancia de los devanados con 50 Hz j k l m n j Debido al calentamiento del devanado k l m n j k l m n

¡Correcto!

¿Qué consecuencias trae esta reactancia más elevada? La máquina gira más rápidamente. b Para generar la misma corriente de excitación que se c d e f g obtiene en el funcionamiento con corriente continua, se debe elevar la tensión. b Se puede compensar la caída adicional de tensión ya c d e f g desde la fabricación por medio de un diseño adecuado del devanado. c d e f g

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

¡Correcto!

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Ecuaciones principales de las máquinas de corriente continua Tensión inducida La tensión media Uq, inducida en el devanado del rotor, depende de la velocidad de giro del motor n , de la intensidad del flujo magnético Φ así como de la cantidad de pares polares p y del número de espiras N. Uq = c · Φ · n

c = 4 · p · N = constante de máquinas p: cantidad de pares polares, N: número de

espiras

Par El par depende de la corriente de inducido IA , de la intensidad del flujo magnético Φ, de la cantidad de pares polares y del número de espiras. M = (c · Φ · IA) / (2 · π)

(se despreciaron las pérdidas por fricción)

Ecuación de tensión UA = Uq + IA · RA + UB carbón

en donde UB = tensión aplicada a las escobillas de

Velocidad de giro n = (UA - IA · RA) / (c · Φ)

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

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Respuesta de operación de la máquina de corriente continua La respuesta de operación de las máquinas de corriente continua se puede deducir a partir de las tres ecuaciones principales válidas para este tipo de motor. La velocidad de giro de todas las máquinas de corriente continua desciende en menor o mayor grado cuando se aplica una carga. Es posible describir esta relación por medio de funciones matemáticas y representarla gráficamente:

La velocidad de giro como función del par o, para expresarlo brevemente

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n = f (M)

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Características de magnetización ¡Pulse el botón verde! La relación entre la corriente de excitación IE y el flujo magnético ΦE se puede asumir idealmente como lineal. El factor constante cE es una constante de proporcionalidad, que viene determinada por el diseño y los materiales de construcción de la máquina. Esta suposición cobra sentido para la representación del funcionamiento principal del motor de corriente continua. En realidad, no obstante, se debe tomar en cuenta la influencia de la saturación magnética de los componentes de hierro del rotor y el estator, con sus curvas características de magnetización. También la remanencia se vuelve notoria.

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Prueba de conocimientos

¿Qué máquina posee una excitación independiente de la carga? Máquina compound j Máquina con excitación en serie k l m n i Máquina con excitación en derivación j k l m n j Máquina universal k l m n j k l m n

¡Correcto!

¿Qué máquinas pueden embalarse sin carga? c d e f g

Máquina compound

Máquina con excitación en serie c Máquina con excitación en derivación d e f g b Máquina universal c d e f g b c d e f g

¡Correcto!

¿Qué máquinas de conmutador suministran el mayor par de arranque? c d e f g

Máquina compound b Máquina con excitación en serie c d e f g c Máquina con excitación en derivación d e f g b c d e f g

¡Correcto!

Máquina universal

¿Qué máquina de conmutador modifica su número de revoluciones en menor medida si varía la carga? j k l m n

Máquina compound j Máquina con excitación en serie k l m n i Máquina con excitación en derivación j k l m n j k l m n

¡Correcto!

Máquina universal

¿Con qué instrumento de medición se puede medir de manera más sencilla y sin contacto la velocidad de giro? j k l m n

Generador tacométrico

Osciloscopio i Estroboscopio j k l m n j k l m n

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¡Correcto!

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Existen diferentes tipos de máquinas de corriente continua: Ordene los siguientes enunciados. El devanado de excitación de la máquina en derivación se conecta El devanado de excitación de la máquina en serie se conecta Los devanados de excitación de la máquina compound se conectan

en paralelo con el devanado del inducido en serie con el devanado del inducido

¡Correcto!

en serie y en paralelo con el devanado del inducido

¿En relación con las máquinas de corriente continua, qué otros devanados conoce? Devanado de conmutación o de polo auxiliar g Devanado de marcha al vacío c d e f c Devanado primario d e f g b Devanado de compensación c d e f g b c d e f g

¡Correcto!

Una de las ecuaciones principales, válida para las máquinas de corriente continua, expresa lo siguiente: M = (c · F · IA) / (2 · π) ; por lo tanto, ¿qué enunciado es correcto? El par de giro crece proporcionalmente con la corriente. j El par de giro crece proporcionalmente con el k l m n cuadrado de la corriente. j El par de giro crece de manera inversamente k l m n proporcional a la corriente. i j k l m n

Nombre: P1, Fecha: 23/04/2015

¡Correcto!

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