Facultad de Ingeniería. Escuela de Eléctrica. GUÍA 8

Facultad de Ingeniería.
Escuela de Eléctrica.
Asignatura “CONVERSIÓN DE LA
ENERGIA ELECTROMECÁNICA II”.
Tema:
“EL MOTOR DC SHUNT Y EL MOTOR SERIE. FRENADO”.
I. OBJETIVOS.
Que el alumno:
• Verifique el funcionamiento de la máquina de tipo Shunt (derivación) y la tipo serie.
• Verifique la característica de carga de las máquinas, para el motor shunt y serie el comportamiento de los
motores ante la demanda de corriente de entrada.
• Verifique los métodos de frenado de las máquinas de corriente continua tipo shunt y serie como factibles
para el sistemas de accionamiento y control.
II. INTRODUCCIÓN.
Una gran parte de los equipos utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables, como por
ejemplo los trenes laminadores, los mecanismos de elevación, las máquinas-herramientas, etcétera. En los
mismos se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena
terminación del producto elaborado, o garantizar la seguridad de personas y bienes.
Los principales factores a considerar para el diseño de un sistema de regulación de velocidad son:
a) Límites o gama de regulación.
b) Progresividad o flexibilidad de regulación.
c) Rentabilidad económica.
d) Estabilidad de funcionamiento a una velocidad dada.
e) Sentido de la regulación (aumento o disminución con respecto a la velocidad nominal).
f) Carga admisible a las diferentes velocidades.
g) Tipo de carga (par constante, potencia constante, etcétera).
h) Condiciones de arranque y frenado.
El estudio de este fenómeno para cada caso particular tiene una gran importancia práctica, ya que la elección
correcta de las características de los motores y variadores a instalar para un servicio determinado, requieren el
conocimiento de las particularidades de éste proceso.
La regulación de velocidad puede realizarse por métodos mecánicos, como poleas o engranajes, o por métodos
eléctricos.
En principio digamos que la regulación a voluntad de la velocidad de los motores eléctricos es un régimen
transitorio en el que se modifica la velocidad angular del conjunto motor-máquina accionada como
consecuencia de una acción de mando determinada. Dicho conjunto es inercial y disipativo, incluyendo en este
último concepto a las cargas útiles, pues consumen energía.
Recordemos que el comportamiento dinámico del conjunto motor-maquina accionada está regido por la
siguiente ecuación diferencial:
Tm - Tr = J . dO / dt
Donde Tm es el par motor, Tr el par resistente, J es el momento de inercia del conjunto motor-maquina
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accionada y O es la velocidad angular de dicho conjunto.
Por lo tanto, para que el conjunto modifique su velocidad angular se necesita variar el par motor para que sea
distinto del par resistente, de manera de generar una aceleración angular. El proceso finaliza cuando se
equilibra el par motor con el par resistente, estabilizándose la velocidad de giro del motor.
III. MATERIALES Y EQUIPO.
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Cantidad
1
1
1
1
1
1
2
2
Descripción
Maquinas shunt SE 2662-5A
Maquinas serie SE 2662-5B
Unidad de control de freno
Freno magnético
Interruptores de 4 polos SO3212-1W
Voltímetro analógico DC
Vatímetros SO5127-1R6
Medidores RMS SO5127-1L
IV. PROCEDIMIENTO.
Parte I. Conexión de la Máquina como Motor con Devanado Serie.
1. Conecte la máquina de acuerdo al diagrama de conexiones
mostrado en la figura 1.
2. Conecte todos los medidores y la unidad de freno en las escalas
de medición adecuadas.
3. Utilizando la fuente de voltaje Vdc variable, y aplicando un nivel de
frenado pequeño, como 1.0Nm, opere el motor con un voltaje de
220Vdc. El nivel de frenado inicial dependerá de la velocidad o
tendencia a sobreacelerarse del motor serie. Esté pendiente del
funcionamiento del motor.
4. Coloque el torque con la unidad de control de freno para los
diferentes valores mostrados en la tabla 1, comenzando con un
torque adecuado para el motor. Complete los valores que se piden
en la tabla.
5. La potencia eléctrica consumida deberá calcularse de acuerdo con
la fórmula:
P1=VaIa
La potencia mecánica se calcula de acuerdo con la fórmula: P2=τω
Las potencias junto con la eficiencia son valores que deberán
calcularse de acuerdo con los datos medidos.
Figura 1. Motor Conexión Serie
Complete la tabla de datos 1.
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Va (V)
τ (Νm)
0.5
1.0
2.0
3.0
220V
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
n (rpm)
I (A)
P1 (W)
P2 (W)
η
Tabla 1.
Parte II. Conexión de la Máquina como Motor con Devanado Shunt.
El circuito básico de un motor de corriente continua con excitación en derivación, o conocido también como conexión shunt,
Indica que en su conexión el devanado de campo está en paralelo con el devanado de armadura.
Esta conexión de motor se ha estado realizando anteriormente. Si tiene dudas acerca de la conexión, consulte al respecto.
Actividades:
1. Para la conexión excitación en derivación, y teniendo cuidado de no sobrepasar los valores nominales
de la máquina de corriente continua, demuestre la dependencia de la velocidad con respecto al voltaje de
armadura para un valor constante de resistencia de campo.
Para ello elabore una tabla y seleccione 10 puntos de análisis, que luego usará para graficar Ea vrs. Velocidad.
También tome lecturas de potencia (EA*IA) para graficar Pa en función de Ia.
Parte III. Frenado de las Máquinas de Corriente Continua.
1. Ajuste las condiciones nominales de vacío del motor devanado serie. Siempre considere la posibilidad
de sobreaceleración del motor, por lo tanto deberá estar pendiente de esta condición o posibilidad.
2. Coloque el freno magnético y determine los niveles de torque, corriente de campo (si aplica) y armadura
para una velocidad de 1500 RPM, seleccione los datos de manera practica y anote esas condiciones.
Torque = __________ If =____________; Ia = _____________
3. Realice ahora un cambio de velocidad en el motor pero sin cambiar la If, debe variar solo Ia por medio
de cambio de torque, y ajuste a una velocidad de 750 RPM, luego anote esas condiciones.
Torque = __________ If =____________; Ia = _____________
4. Determine el torque diferencial para el cambio de condiciones (Torque final-Torque inicial).
Torque diferencial = _______________ (Torque final-Torque inicial).
5. Determine una constante de relación de Torque con Ia para la condición del punto 2 y 3, haciendo una
razón simple: Ki = Ti/Ia i =_________; Kf = Tf/Iaf =_________
6. ¿Son iguales los valores de K?. Explique cuál es el objetivo de realizar esta prueba.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
7. Realice el punto de 1 al 6 pero ahora con el motor shunt.
Torque inicial = __________ If =____________; Ia = _____________
Torque final = ____________ If =____________; Ia = _____________
Torque diferencial = _______________ (Torque final-Torque inicial).
Determine una constante de relación de Torque con Ia para la condición del punto 2 y 3, haciendo una
razón simple: Ki = Ti/Ia i =_________; Kf = Tf/Iaf =_________
¿Son iguales los valores de K?. Explique cuál es el objetivo de realizar esta prueba.
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
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8. Apague todo y ordene su mesa de trabajo.
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
1. Presente las graficas de la parte I. Elabore conclusiones y razonamientos en base a lo obtenido.
2. Presente las graficas de la parte II. Elabore conclusiones y razonamientos en base a lo obtenido.
3. Explique las precauciones y consideradas durante la práctica para el motor serie, con respecto a las
posibilidades de desbocamiento de la máquina.
4. Explique cuál es el objetivo de obtener la relación de torque de los motores. Indique además, cual de ellos
maneja de mejor forma las variaciones de torque.
VI. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA.
1. Como determinaría las condiciones para frenar el motor shunt de la practica cuando posee If constante
y un valor de torque del ¼ de su torque nominal.
2. Elabore un esquema o circuito eléctrico propuesto para el problema anterior.
3. Repita el problema 1 pero ahora con una máquina serie. Explique.
VII. BIBLIOGRAFÍA.
1. Electric Machines. Second Edition. Charles I. Hubert. Prentice Hall, 2002.
2. Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley, Jr. McGraw-Hill 1992.
3. Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 1990.
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