Guía de TP N° 7

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
INSTITUTO NACIONAL SUPERIOR
DEL PROFESORADO TÉCNICO
CONTROL ELÉCTRICO Y ACCIONAMIENTOS
ASIGNATURA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
CURSO: 2ro.
PLAN: T- 61
CICLO LECTIVO 200....
TÍTULO DEL TRABAJO PRÁCTICO:
Separación de Perdidas Rotacionales, Mecánicas y Rendimiento en un Motor de
Corriente Continua
TRABAJO PRÁCTICO N°: 7
REALIZADO EL: ...../...../
200...
PROFESOR: Horacio Moncalvo
JEFE DE TRABAJOS PRÁCTICOS: Ing. Pablo Varela
AYTE. DE TRABAJOS PRÁCTICOS: Ing. Orlando Pettinicchi
ALUMNO:
REALIZÓ EL INFORME:
INTEGRANTES DEL GRUPO N°.....
1.-
2.-
3.-
4.-
5.-
6.-
7.-
8.-
FECHA DE APROBACIÓN: ...... / ...... / 200....
FIRMA DEL DOCENTE AUXILIAR:
FIRMA DE LA COPIA DEL TRAB. PRÁC.:
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Máquinas Eléctricas I - Guía de Trabajos Prácticos
Trabajo Práctico Nº7 – Separación de Pérdidas
Motor de Corriente Continua
La máquina de corriente continua es un convertidor electromagnético de energía reversible. Si se
conecta convenientemente a una red de C.C, la energía eléctrica que la máquina absorberá será
sustituida bajo forma mecánica en el eje.
Se observa que cuando se envía una corriente por el arrollamiento de armadura que está bajo la
influencia de un campo magnético, los conductores del arrollamiento están sujetos a una acción
mecánica. Resultará entonces un movimiento de los conductores, generándose un par motor, y a
causa de esta rotación, se inducirá una fuerza contra electromotriz E en el inducido, que será
contraria al sentido de la corriente I. la cual tenderá a equilibrar la tensión aplicada.
Se cumplirá que U  E  I . ra
En donde U es la tensión aplicada, E la f.c.e.i ( E  k.. ),  es el flujo resultante,  la velocidad
angular, I la corriente en la armadura y ra la resistencia de armadura.
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Trabajo Práctico Nº7 – Separación de Pérdidas
Potencia Electromagnética y Par Electromagnético desarrollado por la Armadura
De la expresión (1) despejando el valor de E y multiplicando ambos miembros por I tenemos:
E.I  U .I  I 2 . ra
El primer término E.I es la potencia eléctrica interna o potencia electromagnética, que se convierte
íntegramente en potencia mecánica interna. De esta potencia mecánica una parte se disipa en calor
por causa de las pérdidas en el Fe del inducido, (histéresis y corrientes parásitas), por las pérdidas
mecánicas en los cojinetes y ventilación .La suma de estas pérdidas se denominan perdidas
rotacionales, lo que resta es potencia útil que cede el motor al sistema mecánico.
El término U.I es la potencia eléctrica que toma el motor de la red, e I2.ra es una fracción de esa
potencia que se transforma en calor , por efecto Joule.
El rendimiento total de estas máquinas, se obtiene como el cociente entre la potencia útil en el eje de
la máquina y la potencia absorbida de la red U.I.
Pmec Pelec  ( PJoule Protac)
En la que Protac son las pérdidas rotacionales de la máquina que valen:
Protac  P Proz  Pventil  PFe)
Las pérdidas rotacionales son las pérdidas en vacío
Protac  U.I o  I 0 . ra
.I o .(U  I 0 . ra)  Eo .I o
2
Donde:
Eo: f.c.e.m.i en vacío
Io es la corriente de vacío
El par electromagnético desarrollado por la armadura, se deduce teniendo en cuenta lo expresado
precedentemente, en que toda la potencia electromagnética E.I no aparece disponible en el eje, (por
las pérdidas en el Fe, y mecánicas), pero despreciando por ello momento estas pérdidas internas
podemos poner:
Potencia electromagnética E.I  .T
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Trabajo Práctico Nº7 – Separación de Pérdidas
Siendo T el par electromagnético en Nm y  la velocidad angular en radianes /seg., despejando el
valor de T:
.T 
E .I

Y reemplazando tenemos:
T
K ..I

T  K . .I
 K .I  Newton  m
   Weber
I   Am per
En primera aproximación  es constante, entonces el par T resultaría lineal, sin embargo ello no se
cumple exactamente debido al efecto desmagnetizante de la reacción de armadura producido por la
corriente de armadura que debilita el campo inductor, con lo une la curva T=f(I) adopta la forma dada
en el gráfico siguiente.
Aunque el motor no se encuentre arrastrando carga alguna, es decir, se encuentre trabajando en
vacío no hay par electromagnético Tu útil, es necesario de todos modos que desarrolle un par
electromagnético interno To, absorbiendo una corriente Io, este par pasivo resistente
correspondiente a las pérdidas del motor por rozamiento y ventilación pérdidas mecánicas y en el Fe
de la armadura por histéresis y corrientes de Foucault.
Existen diversos métodos para la determinación de las pérdidas mecánicas y en el hierro. Uno de
ellos consiste en medir la potencia absorbida por la máquina cuando gira en vacío a velocidad
constante, pero con tensión y flujo variables. Cuando se trate de motores, al reducir la tensión habrá
que disminuir el flujo si se quiere mantener constante la velocidad. De la potencia eléctrica absorbida
se restan las pérdidas ya conocidas por contacto en escobillas, y las pérdidas en el cobre Io2.ra. El
resto de la potencia será la suma las pérdidas mecánicas y en el hierro que son proporcionales a la
U2.
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A tensión cero las pérdidas en el hierro son nulas, pero con tensión cero el motor no puede funcionar
en esas condiciones, por lo tanto será necesario extrapolar la curva anterior.
El método resulta mucho más exacto si se representa la potencia absorbida en función de
la U2, pues entonces los puntos quedan situados sobre una recta.
De esta curva pueden deducirse las pérdidas para una U determinada y las pérdidas por rozamiento
y ventilación a la velocidad del ensayo, tal como se muestra en la figura siguiente:
Determinación de la resistencia de armadura:
Para la determinación de la resistencia de armadura se procede a bloquear la armadura y aplicar
baja tensión de continua, a partir de 1 volt y medir la corriente para cada tensión aplicada, obteniendo
el siguiente cuadro de valores.
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Rotor bloqueado
A
U
Tensión
1
2
2,6
3,7
4,8
5,8
7,2
Amperes
0
1
2
3
4,1
5
7,2
Interpolando por medio de una recta los valores dado por la curva del gráfico, se infiere que la
resistencia de armadura es de 1 ohm, y la caída en ambas escobillas es de 1 volt.
Debe notarse que la caída en escobillas –colector no es ohmica y resulta poco dependiente de la
corriente I.
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Medición de Potencia Efectiva:
Para la medición de la potencia efectiva (potencia en el eje) ,se aplica al motor la tensión nominal 24
V, vamos cargando el freno con las pesas que se encuentran a disposición hasta que la corriente de
carga indique 6,5 Amp (corriente nominal IAN) ,en ese momento medir las revoluciones por minuto en
el eje , con el taquímetro.
A continuación se calcula  
2n  1 

60  seg 
Con la balanza tarada en Newton se mide la carga aplicada, siendo el par:
T
F .d
 Newton  m
2
d = 0,052 m
Para tener en cuenta los rozamientos que involucran al freno, se desactiva la alimentación y la
balanza retrocederá ya que al freno no se le aplica la fuerza de rozamiento del eje (la potencia
efectiva aplicada es cero).y luego de algunas oscilaciones indicará un valor To.
El par útil o efectivo será entonces Tu = T- To.
La potencia efectiva será:

1 
Pmec Tu .   Newton  m.
seg 

Para otro estado de carga se procede a ir descargando la balanza, y se medirán los valores de F, y ω
y se calcula T y To.
El rendimiento lo calculamos como la relación entre la Pmec y la potencia absorbida U.I

Pmec
U .I
Cuadro de Valores:
U
I
(volt)
(Amp)
r.p.m

T
To
Tu
Pmec
(1/seg)
(Nm)
(Nm)
(Nm)
(watt)

Medición de las pérdidas rotacionales y estimación de las pérdidas mecánicas
De acuerdo a lo visto precedentemente se medirá la potencia absorbida con el motor sin carga, es
decir en vacío por lo menos para tres tensiones distintas manteniendo constante la velocidad (ya que
las pérdidas mecánicas dependen de esta).
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Trabajo Práctico Nº7 – Separación de Pérdidas
Dado que estamos ensayando una máquina con imán permanente resulta imposible mantener
constante la velocidad al variar la tensión de alimentación (por la imposibilidad de poder regular el
campo de excitación). Entonces se tomarán tres puntos próximos a fin de disminuir al mínimo el error
cometido por no mantener constante la velocidad.
Tomaremos la potencia absorbida para 25 Volt, 23 Volt y 21 Volt
U (Volt)
25 Volt
23 Volt
21 Volt
Uo2 (volt)2
Io (amp)
Po (watt)
P0=U0.I0
Con los valores obtenidos precedentemente se graficará Po=f (U2) y se interpolará gráficamente para
determinar las pérdidas mecánicas (rozamientos y ventilación) Perd.mec
Determinación del rendimiento del motor a partir de la potencia mecánica calculada y las
pérdidas rotacionales y por efecto Joule.
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Trabajo Práctico Nº7 – Separación de Pérdidas
Las pérdidas por efecto Joule vale Pjoule = IAN2.ra + 1 (Volt). IAN y la expresión del rendimiento
En función de las pérdidas por efecto Joule y rotacionales vale:

..Tu
.Tu  Pr otac  Pjoule
Se comparará este valor con el obtenido anteriormente con la relación:  
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Pmec
U .I