MOTORES DE CORRIENTE CONTÍNUA PRÁCTICA 1

MOTORES DE CORRIENTE CONTÍNUA
PRÁCTICA 1
ESTUDIO Y CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS DE UN MOTOR
DE CC
El motor que se va a utilizar en las prácticas que se proponen a continuación es el 2842012C, de minimotors (12V, 7W) que lleva incorporado una reductora de 14:1 y un
encoder magnético de 180 pulsos/vuelta 09/BP14 y dos canales de salida: FASE A y
FASE B. En el apéndice I se adjuntan las características de cada uno de los elementos
(motor de cc, encoder y reductora). También en el mencionado apéndice se adjunta
información básica para entender la definición de cada uno de los parámetros que
aparecen en las hojas de características suministradas por el fabricante y además dos
ejemplos de cálculo, uno de Minimotors y otro de Maxon. Se adjunta también la
definición que de las características anteriormente mencionadas realiza la firma Maxon.
CÁLCULOS PREVIOS SOBRE EL MOTOR
A partir del estudio de las características del motor, en función de los parámetros
suministrados por el fabricante, contesta a las siguientes cuestiones:
1.- Demuestra la igualdad numérica de las constantes KC (constante de par) y KV
(constante de velocidad) del motor en el sistema internacional de unidades.
2.- Tensión necesaria para que el motor comience a girar.
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3.- Corriente de arranque (IA) y corriente que absorbe el motor sin carga (IO) conectada
a su eje, cuando se le aplica una tensión de 5 y de 12V. Calcula los valores de la
corriente de arranque, según los valores indicados por el fabricante.
4.- Potencia máxima teórica que absorbe el motor cuando, alimentada su armadura con
12V, se le aplica un par externo máximo.
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5.- Repite, para el motor que se va a utilizar en nuestra práctica los cálculos que se
indican en el capítulo “Aplicación de las ecuaciones usando ejemplos de cálculo” de la
documentación de Maxon.
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MEDIDA DE LOS PARÁMETROS DEL MOTOR
Partiendo del motor de CC bajo estudio, realizar los ensayos en el laboratorio que
conduzcan a obtener los siguientes valores prácticos, evitando en todo momento superar
la tensión nominal de alimentación. Una vez medidos los parámetros indicados,
compararlos con los dados por el fabricante.

Resistencia entre bornes Ra
NOTA: debido a que el valor de esta resistencia es muy pequeño, se sugiere
realizar dicha medida con el medidor Wavelett disponible en el laboratorio,
así como restar a la medida obtenida la resistencia de los cables utilizados
para la realizar la medida.
MEDIDA
FABRICANTE
Ra
Además, hay que tener en cuenta, que el valor de la resistencia del devanado
que suministra como dato el fabricante (incluye la resistencia de las
escobillas y la resistencia del devanado), se da a 25ºC, por tanto hay que
hacer la medida de forma rápida evitando el calentamiento del devanado de
armadura, para que el valor de la resistencia no sufra cambios importantes
con la temperatura.
Como se puede comprobar, la medida de la resistencia de armadura depende
de la posición del rotor. Explica porqué.
Si no se dispone de un óhmetro de precisión, también se puede medir,
alimentando al motor de forma que la corriente que este absorba no sea
mayor de ¼ de la corriente nominal y conectando al eje del motor, otro
motor que haga girar al motor bajo test a baja velocidad, de forma que la
fuerza contraelectromotriz sea lo más pequeña posible. Si no se dispone del
motor motriz, se puede medir la velocidad de giro del motor mediante el
encoder, y a partir de esta medida calcular la fuerza contraelectromotriz, y
así obtener la resistencia según:
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ev  KV   , fuerza contraelectromotriz.
va  Ra  I a  ev ,
Donde va es la tensión con la que se alimenta el motor, e Ia es la corriente
que absorbe.
va  Ra  I a  KV  
Ra 
va  KV  
Ia
Este método, supone el conocimiento con exactitud del valor de la constante
de velocidad KV. Dicho valor se obtiene posteriormente.
MEDIDA
FABRICANTE
Ra
El circuito propuesto para realizar este ensayo es el siguiente:
El objetivo es medir tanto la corriente absorbida como la tensión aplicada al
motor cuando el osciloscopio comience a detectar los pulsos procedentes del
encoder óptico.
¡¡¡ ES MUY IMPORTANTE, QUE EL ALUMNO NO SE
EQUIVOQUE AL CONECTAR EL ENCODER, EN ESPECIAL, EN
LOS BORNES DE ALIMENTACIÓN, RAZÓN POR LA CUAL,
ANTES DE SUMINISTRARLE ALIMENTACIÓN DEBERÁ SER
REVISADO INEXCUSABLEMENTE POR EL PROFESOR!!!

Mínima tensión de armadura (Ua) y mínima corriente (IO) para que el motor
comience a girar.
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MEDIDA FABRICANTE
Ua
I0
El circuito propuesto para realizar este ensayo es el mismo que en el
apartado anterior:
El objetivo es medir tanto la corriente absorbida como la tensión aplicada al
motor cuando el osciloscopio comience a detectar los pulsos procedentes del
encoder óptico.
¡¡¡ ES MUY IMPORTANTE, QUE EL ALUMNO NO SE
EQUIVOQUE AL CONECTAR EL ENCODER, EN ESPECIAL, EN
LOS BORNES DE ALIMENTACIÓN, RAZÓN POR LA CUAL,
ANTES DE SUMINISTRARLE ALIMENTACIÓN DEBERÁ SER
REVISADO INEXCUSABLEMENTE POR EL PROFESOR!!!

Obtención del par de fricción seca (C= Cfricción ). A partir de la corriente
medida en el apartado anterior, se puede obtener el par de fricción seca,
según:
C fricción _sec a  KC  I0
I0
Cfricción=KC· I0
Ua=12V

Corriente de vacío que absorbe el motor cuando se le aplica la tensión
nominal (12V)
I0 a tensión nominal =
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
Con los parámetros obtenidos calcular la expresión de la corriente
instantánea en función de la tensión de excitación del motor.

Calcula la corriente que soportaría el devanado de armadura cuando se
bloquea el rotor y se le aplica una tensión de 3V.

Completa la siguiente tabla
Va(V)
1
2
4
6
8
10
12
 (rpm) en vacío
Para obtener la velocidad en rpm, tienes que medir los pulsos generados por uno
de los canales del encoder y tener en cuenta que:
 (rpm) 
1
 (número _ pulsos _ vuelta )  N pulsos / seg .
60
N ( pulsos / seg.)  T (seg.)  C pulsos
Siendo T(seg) el período de tiempo de observación en el osciloscopio.
En función de la tabla anterior, cuál es la constante de velocidad del motor KV.
KV=
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Comprueba su linealidad y compárala con el dato suministrado por el fabricante.
A partir del valor obtenido de la constante de velocidad KV, calcula el valor de la
constante de par del motor KC y compárala con el dato suministrado por el
fabricante.
KC=
Si embargo, la mejor forma de medir la constante de velocidad KV es haciendo
que el motor funcione como generador, para lo cual es necesario acoplarle a su
eje un motor motriz que le imponga un giro, de tal forma que la tensión en
bornes del motor bajo test es la fem inducida, definida por:
ev  KV  
La velocidad la podemos medir mediante el encoder acoplado al eje del motor, y
por tanto podríamos determinar con exactitud el valor de la constante de
velocidad KV, y por tanto, el valor de la constante de par KC.
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ENCODER ÓPTICO Y ENCODER MAGNÉTICO
A continuación se adjuntan unas figuras representativas de los encoders utilizados en
los motores del laboratorio: encoders ópticos y magnéticos, así como la salida digital
que se obtiene a su salida. El canal I que se presenta en dichas figuras es el índice que
genera un pulso por cada vuelta completa del eje del motor (no disponible en nuestros
encoders).
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1.- Mide la frecuencia de la señal generada por uno de los canales del encoder cuando se
le aplica al motor una tensión de armadura de 12V, y compárala con el valor que da el
fabricante de la velocidad de vacío.
MEDIDA FABRICANTE
Frecuencia(Hz)
Velocidad del
motor (rpm)
2.- Si la frecuencia máxima de trabajo del encoder es de 50KHz, ¿cuál será la máxima
velocidad del motor, caso de que éste pueda conseguirla, capaz de medir sin errores?
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EFECTO DE LA CONMUTACIÓN DE LAS ESCOBILLAS
A continuación se adjunta una serie de ilustraciones donde se puede observar el efecto
de la conmutación en las escobillas sobre la corriente de armadura, en diferentes tipos
de motores [Maxon-01] así como la corriente de arranque del motor bajo prueba medida
mediante una sonda de corriente.
Forma de onda de la conmutación con escobillas de metal
precioso
Forma de onda de la conmutación con escobillas de grafito
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Forma de onda de la corriente de arranque ante un impulso escalón de
tensión (sensibilidad de la sonda 100mV/A)
El alumno deberá de comprobar este efecto, para lo cual se ayudará del siguiente
montaje, en donde el canal 2 del osciloscopio debe de invertirse y además debe de
realizarse la suma de los dos canales, de forma que lo que se visualice en el osciloscopio
sea la tensión en bornes de la resistencia de 0.22 ohmios, lo cual nos permitirá visualizar
la corriente absorbida por el motor, y por tanto el efecto de la conmutación en las
escobillas:
VCH .1  VCH .2  VRES
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