Instituto
Tecnológico De Puebla
Materia:
MAQUINAS SINCRONAS Y DE CD
Ing. Eléctrica
Nombre
del equipo:
Fuerza Energética (F.E)
Integrantes:
Mariano
Céspedes Flores
Eduardo
Oropeza Morales
Segio cesar Solis Mendoza
José José Zambrano Jiménez
Segio cesar Solis Mendoza
José José Zambrano Jiménez
Profesor:
Rubén García Tlapaya
Misión.
Establecer los conocimientos
necesarios de la materia, y de esta manera poder aplicarlos
en el futuro, también el desarrollar las habilidades de cada integrante del
equipo y apoyarnos entre todos para lograr un buen desempeño y obtener buenos
resultados.
Visión.
Ser un equipo unido y responsable para logar el mayor desempeño posible en el curso y poder aplicar los conocimientos que fueron adquiridos en
el semestre para manipular los motores, sus características y comportamientos,
con el fin de solucionar problemas que puedan presentarse en su futuro como
ingenieros.
Política.
ser un equipo con carácter fuerte, responsable y competitivo, en todo tipo de trabajo, no aceptar errores y todo realizar lo con seguridad y confianza
Practica 1. Conocimiento y comportamiento de una máquina
de CD.
OBJETIVO.
Observar, Conocer, así como
Manipular una máquina eléctrica así como sus componentes, principalmente para
su estudio, secundariamente para su manejo y correcta utilización de los
mismos.
Marco teórico.
Motor de corriente directa en serie, es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado
inductor o de excitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de
excitación o del inductor es también la corriente del inducido absorbida por el
motor.
Cuando el motor tiene mucha
carga, el campo serie produce un campo magnético mucho mayor, lo cual permite
un esfuerzo de torsión o par mucho mayor, y este tipo de motores desarrolla un
torque muy elevado en el arranque. La potencia es casi constante a cualquier
velocidad.
Le afectan poco la variaciones
bruscas de la tensión de alimentación, ya que un aumento de esta provoca un
aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la fuerza contra
electromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida.
El flujo producido por el
campo en serie Øs, siempre es proporcional a la corriente ia de
armadura.
Los motores de excitación en
serie se usan en situaciones en la cual se necesita de un gran par de arranque
como es el caso de tranvías, trenes, etc. La velocidad puede ser regulada con
un reóstato regulable en paralelo con el devanado de excitación. La velocidad
disminuye cuando la intensidad aumenta.
PARTES QUE INTEGRAN UN MOTOR
COMÚN DE CD.
• Carcasa metálica o
cuerpo del motor. Aloja en su interior, de forma fija, dos imanes
permanentes con forma de semicírculo, con sus correspondientes polos norte y
sur.
• Rotor o parte giratoria
del motor. Se compone de una estructura metálica formada por un conjunto de
chapas o láminas de acero al silicio, troqueladas con forma circular y montadas
en un mismo eje con sus correspondientes bobinas de alambre de cobre, que lo
convierten en un electroimán giratorio. Por norma general el rotor de la
mayoría de los pequeños motores de C.D. se compone de tres enrollados o bobinas
que crean tres polos magnéticos. Los extremos de cada una de esas bobinas se
encuentran conectados a diferentes segmentos del colector.
• Colector o conmutador. Situado
en uno de los extremos del eje del rotor, se compone de un anillo deslizante
seccionado en dos o más segmentos. Generalmente el colector de los pequeños
motores comunes de C.D. se divide en tres segmentos.
• Escobillas. Representan
dos contactos que pueden ser metálicos en unos casos, o compuesto por dos
piezas de carbón en otros. Las escobillas constituyen contactos eléctricos que
se deslizan por encima de los segmentos del colector mientras estos giran. Su
misión es suministrar a la bobina o bobinas del rotor a través del colector, la
corriente eléctrica directa necesaria para energizar el electroimán. En los
pequeños motores las escobillas normalmente se componen de dos piezas o flejes
metálicos que se encuentran fijos en la tapa que cierra la carcasa o cuerpo del
motor.
Tapa de la carcasa. Es la tapa
que se emplea para cerrar uno de los extremos del cuerpo o carcasa del motor.
En su cara interna se encuentran situadas las escobillas de forma fija. El
motor de esta foto utiliza en función de escobillas dos flejes metálicos.
Devanados.
Los devanados, bobinados o
arrollamientos de una maquina eléctrica son el conjunto de los conductores de
la misma. El material conductor suele ser cobre en forma de hilo esmaltado (el
esmalte sirve de aislamiento entre conductores) o de pletina de sección
rectangular y recubierta de un material aislante. Para las jaulas de ardilla
también se utiliza el aluminio.
En algunas máquinas
(básicamente las de corriente continua y síncronas de más de dos polos) el
núcleo magnético del inductor está construido a base de polos salientes. En
este caso el devanado inductor consiste simplemente en un arrollamiento de
varias espiras en serie, alrededor de los polos en el sentido adecuado para que
estos sean alternativamente Norte y Sur.
El conjunto de espiras devanadas alrededor de un polo forma una bobina y las bobinas de todos los polos se suelen conectar en serie entre sí, aunque a veces se puedan conectar formando varias ramas en paralelo iguales.
El conjunto de espiras devanadas alrededor de un polo forma una bobina y las bobinas de todos los polos se suelen conectar en serie entre sí, aunque a veces se puedan conectar formando varias ramas en paralelo iguales.
Este tipo de devanado es
concentrado y en él todas las espiras de un polo están atravesadas por el mismo
flujo magnético principal.
El Campo magnético
El Campo Magnético es el
mecanismo fundamental mediante el cual los motores, generadores y
transformadores convierten la energía de una forma en otra. La manera como el
campo magnético actúa en los diferentes equipos, se puede describir mediante
cuatro principios básicos, que son:
Al circular corriente por un
conductor se produce un campo magnético alrededor de él.
Si a través de una espira se
pasa un campo magnético variable con el tiempo, se induce un voltaje en dicha
espira.(Esta es la base de la acción transformadora).
Si un conductor por el cual
circula corriente, se encuentra dentro de un campo magnético, se produce una
fuerza sobre dicho conductor. (Esta es la base de la acción motora).
Cuando un conductor en
movimiento se encuentra inmerso dentro de un campo magnético, en dicho
conductor se induce un voltaje. (Esta es la base de la acción generadora.).
Regla de la mano derecha
Se emplea en dos maneras: para
direcciones y movimientos vectoriales lineales y para movimientos y direcciones
rotacionales.
Dedo Pulgar es Fuerza.
Dedo Índice es
Velocidad.
Dedo Corazón es Campo
magnético.
En electromagnetismo, la regla
de la mano derecha establece que si se extiende la mano derecha sobre el
conductor en forma de que los dedos estirados sigan la dirección de la
corriente, el pulgar en ángulo recto con los demás dedos indicará el sentido de
desplazamiento del polo norte de una aguja imantada.
El campo creado por la corriente eléctrica a través de un conductor recto como todo campo magnético, está integrado por líneas que se disponen en forma de circunferencias concéntricas dispuestas en planos perpendiculares al conductor.
El campo creado por la corriente eléctrica a través de un conductor recto como todo campo magnético, está integrado por líneas que se disponen en forma de circunferencias concéntricas dispuestas en planos perpendiculares al conductor.
Así, cuando se hace girar un
sacacorchos o un tornillo “hacia la derecha” (en el sentido de la agujas de un
reloj) el sacacorchos o el tornillo “avanza”, y viceversa, cuando se hace girar
un sacacorchos o un tornillo “hacia la izquierda” (contrario a las agujas del
reloj), el sacacorchos o el tornillo “retroceden”.
Según la ley
de Fuerza simplificada, cuando un conductor por el que pasa una
corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre
una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la
corriente, siguiendo la regla de la mano derecha. Es importante recordar
que para un generador se usará la regla de la mano derecha mientras que para un
motor se usará la regla de la mano izquierda para calcular el sentido de la
fuerza.
F = B · L · I · sen θ
F: Fuerza
en newtons.
I: Intensidad que recorre
el conductor en amperios.
L: Longitud del conductor en
metros.
B: Densidad de campo magnético
o densidad de flujo teslas.
Sen θ: Componente sinusoidal de θ.
Sen θ: Componente sinusoidal de θ.
Motores con estator bobinado.
Si el estator es bobinado,
existen distintas configuraciones posibles para conectar los dos bobinados de
la máquina:
Motor de CD en serie: el
devanado de estator y el devanado de rotor se conectan en serie.
Motor de CD en
paralelo: el devanado de estator y de rotor se conectan en paralelo.
Motor de CD compuesto: se
utiliza una combinación de ambas configuraciones.
Desarrollo de la práctica.
Material:
· 1
Motor de CD
· 1
Electrodinamómetro
· 2
Multímetro
· 10
Puntas Banana-Banana
· 4
Puntas Banana-Caimán
· 1
Fuente de Corriente Continua variable de 0 a 120V
· 1
Tacómetro
· 1
Banda de acoplamiento
· 1
Estroboscopio
· 1
Detector de puntos calientes
· Cable
de conexión a 24V para electrodinamómetro
Para poder iniciar con esta
práctica, se adquirió un motor de corriente directa, al cual se le observo
primero y pudimos ver que teníamos un motor que tenía dos funciones, una era
como motor y la otra como generador, era un motor que funciona a 120v, 2.8A de
¼ de HP con 1800 RPM.
Primero se cortar un pedazo de
lija e introducirla y así lijar el conmutador que a simple vista se veía negro
por el rozamiento con los carbones y también por falta de mantenimiento,
entonces se lijó con cuidado hasta que recuperara su color, y de paso también
se lijaron las bases de los carbones en la parte don hacen contacto con el
conmutador.
Después se procedió a
conectarlo a la fuente de corriente directa solo para observar cómo se
comportaba después del mantenimiento, se observó un chisporroteo en la parte
del conmutador donde hacen contacto los carbones.
Conclusiones:
Esta práctica concluye con
buenos resultados, puesto que se pudieron observar las partes del motor e
identificarlas como tal, y también se aprendió a dar el mantenimiento básico a
un motor, observando los resultados de ese mantenimiento al poner en marcha el
motor, en esta caso fue que se observaba un chisporroteo en el conmutador lo
que nos indicaba que hacía falta más limpieza en el conmutador y en los
carbones, y con los parámetros obtenidos se concluyó que la maquina conectada
en serie con una fuente de corriente directa sometida a una carga (mecánica) en
este caso el electrodinamómetro cuando se elevaba el torque aumentaba la
corriente al igual que la temperatura, y de manera contraria cuando el torque
era menor la corriente disminuía.
Practica 2. Motor de CD en
paralelo.
Las bobinas inductoras van
conectadas en paralelo (derivación) con las inducidas. De este modo, de toda la
corriente absorbida (la absorbida) por el motor, una parte (Ii) circula por las
bobinas inducidas y la otra (Iexc) por la inductoras. El circuito de excitación
(inductor) está a la misma tensión que el inductor.
Las características de este
motor son:
En el arranque, par motor es menor que en el
motor serie.
Si la Intensidad de corriente
absorbida disminuye y el motor está en vacío.
La velocidad de giro nominal
apenas varía. Es más estable que en serie.
Cuando el par motor aumenta,
la velocidad de giro apenas disminuye.
Se usan en aquellos casos en
los que no se requiera un par elevado a pequeñas velocidades y no produzcan
grandes cargas. Si la carga desaparece (funcionamiento en vacío), el motor
varía apenas su velocidad.
El motor
shunt o motor de excitación en paralelo es un motor
eléctrico de corriente continua cuyo
bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo
con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar.
| Motor gris conectada en serie | |||
| Alimentacion | I Armadua (A) | Varmadura (V) | R.P.M |
| 20 | 2.5 | 17.05 | 0 |
| 40 | 3.5 | 25.6 | 248 |
| 50 | 4 | 28 | 445 |
| 70 | 4.5 | 30.8 | 829 |
| 90 | 4.5 | 33.2 | 1215 |
| 100 | 4.5 | 34.5 | 1390 |
| 120 | 4.8 | 36.7 | 1746 |
| Motor azul conectada en serie | ||||
| Alimentacion | I Armadua (A) | Varmadura (V) | R.P.M | Temp. °C |
| 20 | 0.72 | 20 | 394 | 33 |
| 40 | 0.8 | 43.3 | 1128 | 33.7 |
| 50 | 0.83 | 55.1 | 1445 | 34.2 |
| 70 | 0.87 | 77.2 | 1945 | 35 |
| 90 | 0.89 | 100 | 2511 | 35.9 |
| 100 | 0.89 | 112 | 2808 | 37.1 |
| 120 | 0.92 | 136 | 3400 | 38.7 |
| Motor azul conexión en paralelo | ||||
| Alimentacion | I Armadua (A) | Varmadura (V) | R.P.M | Temp. °C |
| 20 | 0.53 | 20.4 | 430 | 21.4 |
| 40 | 0.51 | 40.5 | 658 | 22.9 |
| 50 | 0.49 | 50.8 | 751 | 23 |
| 70 | 0.5 | 70.8 | 948 | 22.8 |
| 90 | 0.5 | 90.8 | 1139 | 22.8 |
| 100 | 0.49 | 100.3 | 1235 | 23.5 |
| 120 | 0.49 | 120.1 | 1415 | 23.7 |
Criterio
de áreas iguales de una maquina síncrona.
Los estudios de estabilidad involucran el tratamiento con la ecuación de oscilación de la máquina , la
cual en si forma más simple es una ecuación no lineal.
La soluciones formales de, no se pueden encontrar explícitamente; bajo las mayores simplificaciones
apunta hacia integrales elípticas. Como se ha dicho, encontrar la solución de esta ecuación en forma literal es
sumamente difícil, de modo que tradicionalmente, el problema de estabilidad generalizado ha sido enfocado a
los métodos clásicos, que se basan en la resolución por métodos numéricos.
En el caso más simple, una máquina contra una barra de potencia infinita (One Machine Infinite Bus), o
dos máquinas, el estudio de estabilidad puede ser efectuado con métodos que no requieren resolver la
ecuación de oscilación, siendo los denominados métodos directos. El más simple de los métodos directos es el
denominado criterio de áreas iguales.
La ecuación de oscilación permite describir el comportamiento electromecánico de la maquina sincrónica
al ocurrir una perturbación.
La resolución de la ecuación de oscilación de manera formal es un trabajo casi imposible en el mas simple
de los casos, y con el empleo de los métodos clásicos se transforma en un trabajo largo, además realizar la
representación de las curvas de oscilación para determinar si el ángulo de potencia de la máquina aumenta
indefinidamente u oscila alrededor de una posición equilibrio, en ocasiones pueden ser pocos necesarios.
Si se resuelve la ecuación de oscilación, con la suposición de potencia mecánica constante, que el sistema
es netamente reactivo y que la tensión detrás de la reactancia transitoria, se puede demostrar que el ángulo de
potencia ä(t) oscila alrededor de un punto de equilibrio con amplitud constante, siempre que no se sobrepase
el límite de estabilidad transitoria.
En el caso de una sola máquina el método de las áreas iguales es mucho más simple que resolver la
ecuación de oscilación; pero aunque este método no es aplicable a sistemas que contengan varias máquinas,
esté criterio ayuda a comprender en qué forma influyen ciertos factores en la estabilidad, en régimen
transitorio, para un sistema cualquiera.
Péndulo
maquina síncrona.
El penduleo es una oscilación mecánica
que se presenta en las maquinas sincrónicas sometidas a variaciones bruscas de
las condiciones de funcionamiento, por ejemplo las potencias mecánica o eléctrica
en motores y generadores. Las variaciones de potencia mecánica se pueden deber
a cargas aplicadas repentinamente o a maquinas acopladas del tipo alternativo,
como ser generadores accionados por motores diésel o motores síncronos que impulsan
a compensadores de émbolo, mientras que las perturbaciones eléctricas más comunes
que dan lugar al penduleo son la conexión de cargas de cortocircuitos que
alteran las condiciones de la red a la que se encuentra conectada la máquina.
El penduleo da lugar a:
- · Esfuerzos mecánicos en el eje y en el acoplamiento.
- · Oscilaciones de la corriente y de la tensión.
- · En casos extremos, perdida del sincronismo.
practica 3
En esta práctica se observó entre la comparación de del
motor (cd) y el motor síncrono como operan físicamente.
Ya que en esta práctica logramos apreciar como el motor cd
no es estable cuando este se encuentra en funcionamiento, a comparación del
motor síncrono.
Con la ayuda de un abostroscopio nos fue posible observar y
analizar las diferencias de cada motor.
Debido a la falla a la inestabilidad de esta máquina cd es
el problema mecánico físico conocido
como péndulo y a comparación de la
maquina síncrona es mucho menos presente el problema de penduleo.
ANTECEDENTES:
El principio de funcionamiento de los
motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que
ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la
Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se
encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le
permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán
permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor.
La “Ley
de la Fuerza de Lorentz” se puede.demostrar empleando la “Regla
de la mano. Izquierda” propuesta por el físico e
ingeniero.eléctrico británico John Ambrose Fleming.(1849-1945). El dedo
índice de la mano izquierda señalando.en.la dirección que tienen las
líneas de flujo magnético. “
 ” del imán permanente (del polo.norte al polo sur),
el dedo medio señalando el.sentido de circulación de
la corriente eléctrica “I”a. través del cable
conductor creando un campo.electromagnético a su alrededor y,
finalmente, el.dedo pulgar señalando en
la. dirección “F” en la que se moverá el
cable cuando su.campo.electromagnético interactúe con el campo.
Magnético del imán permanente. |
 |
||
Cómo funciona en
la práctica la “Ley de la Fuerza de Lorentz”
El principio de funcionamiento del motor eléctrico de corriente directa se basa en la “Ley de la Fuerza de Lorentz”. Si aplicamos la “Regla de la mano izquierda” basada en esta Ley, podemos determinar en qué sentido girará el rotor del motor.
El principio de funcionamiento del motor eléctrico de corriente directa se basa en la “Ley de la Fuerza de Lorentz”. Si aplicamos la “Regla de la mano izquierda” basada en esta Ley, podemos determinar en qué sentido girará el rotor del motor.
En la parte izquierda de esta ilustración se pueden
observar dos polos magnéticos pertenecientes a un imán permanente (polo norte “N” y
polo sur “S”). Las flechas de color violeta representan la dirección del
flujo del campo magnético del imán permanente, moviéndose del polo norte al
polo sur. Entre los dos polos magnéticos se ha colocado una especie de trapecio
compuesto por un simple alambre de cobre suspendido de un aditamento de color
negro (no conductor de la corriente), que le permite al alambre balancearse
libremente. Como todavía el alambre no se ha conectado a la corriente eléctrica
no se encuentra energizado, permaneciendo en posición de reposo suspendido
entre los dos polos del imán.
En la parte central de la ilustración se ha conectado una pila o batería a los dos extremos del alambre de cobre para energizarlo. La flecha de color rojo nos indica el sentido convencional en que circula la corriente eléctrica a través del alambre (suministrada por la batería), mientras la flecha verde indica la dirección en la que será rechazado o empujado el alambre, o sea, hacia la izquierda obedeciendo a la “Ley de la fuerza de Lorentz”. La dirección de ese movimiento se puede determinar aplicando la “Regla de la Mano Izquierda”. Esa posición que adquiere el alambre la mantendrá así durante todo el tiempo que se encuentre energizado o conectado a la pila o batería, o hasta que se invierta la polaridad de ésta en el circuito.
En la parte central de la ilustración se ha conectado una pila o batería a los dos extremos del alambre de cobre para energizarlo. La flecha de color rojo nos indica el sentido convencional en que circula la corriente eléctrica a través del alambre (suministrada por la batería), mientras la flecha verde indica la dirección en la que será rechazado o empujado el alambre, o sea, hacia la izquierda obedeciendo a la “Ley de la fuerza de Lorentz”. La dirección de ese movimiento se puede determinar aplicando la “Regla de la Mano Izquierda”. Esa posición que adquiere el alambre la mantendrá así durante todo el tiempo que se encuentre energizado o conectado a la pila o batería, o hasta que se invierta la polaridad de ésta en el circuito.
observaciones:
En esta práctica observamos algo muy importante, de que entre más voltaje le metíamos a la maquina también aumentaba la corriente cosa que no debería ser, lo que significaba que el motor se estaba comportando de una manera que no debe ser y como conclusión ya requería mantenimiento dicho motor.
