Motores DC de excitacion independiente

Practica de Laboratorio Numero 2
Objetivos
• Estudiar el montaje de un Motor de Excitación Independiente DC.
• Analizar y comparar su funcionamiento en condiciones de Vacío y Carga.
• Corroborar la dependencia teórica de proporcionalidad directa entre corriente de armadura y par.
Introducción
ð Funcionamiento del inductor (campo)
El sistema inductor produce el campo magnético necesario para crear las corrientes inducidas. Este campo
magnético puede ser producido por imanes permanentes o por electroimanes.
Generalmente, el campo magnético inductor está producido por electroimanes montados sobre la carcasa de la
máquina; estos se llaman polos inductores y están constituidos por un núcleo magnético de hierro o de acero y
un arrollamiento conductor que lo rodea (arrollamiento de excitación ó devanados de campo)
Las bobinas que constituyen los arrollamientos de excitación de los diferentes polos, están conectadas entre sí
de manera que formen, alternativamente, un polo Norte y un polo Sur.
ð Funcionamiento del inducido
El inducido de una máquina de corriente continua, consta de un núcleo formado por chapas magnéticas de
hierro, de la calidad denominada chapa de dinamo o chapa de inducido, aisladas entre sí por medio de papel o
barniz; esto se hace así para disminuir las corrientes de Foucault que se producen en el núcleo magnético,
hasta límites admisibles.
El núcleo lleva en su parte periférica unas ranuras, para alojar los conductores que constituyen el
arrollamiento del inducido ó devanados del inducido; en este arrollamiento se produce la fuerza electromotriz
inducida a causa del flujo magnético que lo atraviesa y que procede del sistema inductor. Los conductores que
forman el arrollamiento del inducido van conectados entre sí, de forma que las fuerzas electromotrices que se
producen en cada uno de ellos, se suman para producir la fuerza electromotriz total.
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La figura muestra el esquema de funcionamiento de un motor de excitación independiente con la placa de
bornes. En ambos esquemas se ha añadido el arrancador, necesario para el buen arranque del motor. En los
motores está impuesto el sentido de la corriente, que procede de la línea principal y, mediante el oportuno
cambio de conexiones, se puede elegir el sentido de giro del motor y el sentido de la corriente de excitación.
Teniendo en cuenta, por lo tanto, los sentidos de la corriente principal y de excitación.
Borne A Polo positivo principal
Borne B−H Polo negativo principal
Borne K Polo negativo de la excitación
Borne J Polo positivo de la excitación.
Tambien se muestra el circuito equivalente de un motor de excitación externa o independiente.
Elementos y Equipos
1 Motor de Corriente Continua
2
1 Puente de Diodos
1 Fuente DC (TABLERO)
1 VARIAC
1 Tacometro
3 Multimetros
− Cables
Nota: Lo ideal seria tener 2 tableros o 1 que generara 2 fuentes DC independientes pero remplazamos 1 con el
variac y rectificador (puente de diodos).
Desarrollo Teorico
El voltaje de salida de la armadura de una máquina de corriente continua, es igual al número de conductores
en una rama en paralelo multiplicado por el voltaje inducido de cada conductor. Si el voltaje inducido por
conductor que se encuentra frente a un polo es:
Entonces el voltaje inducido en la armadura es:
donde:
N es el número total de conductores
A es el número de ramas en paralelo
Si expresamos la velocidad como , con r = radio del rotor, entonces:
Por otro lado:
Y el inducido tiene forma cilíndrica,
Entonces si la máquina tiene P polos
Por lo que el flujo será:
Si a la ecuación de EA , la multiplicamos y dividimos por , nos queda:
Entonces:
Si hacemos
Entonces
Sabemos que el torque de un conductor que se encuentra frente a un polo es:
Si en la máquina hay z ramas en paralelo, entonces la corriente por un conductor estará dada por:
De manera que, el par sobre un conductor se puede expresar como
3
Como hay Z conductores en el rotor, el par total producido por una máquina es:
Multiplicando la expresión del torque inducido por el factor y agrupando, nos queda que:
Asi sabemos entonces que el torque inducido y la corriente de armadura son directamente proporcionales.
Cuando la maquina se empieza a mover se tiene la condicion:
y la aceleración va disminuyendo hasta que llega a condicion de movimiento uniforme no acelerado, en esa
condicion:
Es decir que en esta condicion tambien el par de carga es directamente proporcional a la Corriente de
Armadura.
En el experimento que se realizo en el laboratorio se corroboro esto usando una carga obre el rotor.
Formulación Matemática
El montaje realizado fue el siguiente
Mediante un Ohmnimetro se midió la resistencia de la bobina de excitación y la de la bobina de armadura.
La velocidad nominal de la maquina es 1800 rpm y sus valores nominales son
Bobina de excitación : 120 voltios y 0.4 amperios
Corriente de Armadura 3.4 Amperios
Se lleva el motor hasta velocidad nominal midiendo con el tacómetro y mediante la modificación de las dos
fuentes de voltaje.
I Excitación Amps
0.24
0.23
I armadura Amps
0.16
0.16
Velocidad RPM
1772
1800
Estos son los valores de vació.
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Cuando se aplico un torque al rotor la corriente aumento hasta los 0.34 amperios.
CONCLUCIONES
• Las Bobinas tanto de excitación como de armadura poseen una resistencia que puede ser medida en el
laboratorio, además estas dos resistencias cumplen siempre con la condicion de que la de Excitación
es mayor que la de armadura.
• La corriente nunca debe pasar los limites indicados o de fabricación, es decir en nuestro caso la
corriente de excitación nunca debía ser mayor a 0.4 amperios y la de armadura nunca mayor a 3,4
amperios. Para evitar que en algún momento se incumpla esta condición se debe siempre apagar
primero la fuente de armadura y se debe siempre encender primero la fuente de excitación. Esto se
debe a que teóricamente el flujo y la corriente de armadura son inversamente proporcionales, si
apagamos primero la fuente de excitación estamos haciendo el flujo 0 y por tanto la corriente de
armadura tendería a infinito quemando la maquina.
• Comprobamos la relacion teorica entre La corrinte de armadura y el par de carga ya que cuando
aplicamos carga al rotor la corriente tambien aumento indicando una proporcionalidad directa entre
los dos valores, aquí hay que tener claro que como no variamos el voltaje de alimentación en la
bobina de excitación el flujo fue constante.
BIBLIOGRAFIA
• Stephen J. Chapman, Máquinas Eléctricas (2° edición),
McGraw−Hill,1993.
• Fitzgerald, Máquinas Eléctricas (2° edición), McGraw−Hill, 1992.
• Notas de Clase y Laboratorio
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