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GENERADOR DC CON MOTOR DE INDUCCION SLEEP RING
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PRACTICA Nro. 12
1. TEMA: GENERADOR DC CON MOTOR DE INDUCCION SLEEP RING
2. OBJETIVO(S).
Medir las características del voltaje ascendente y descendente en un circuito abierto
del generador DC en la configuración en excitación independiente.
Analizar la gráfica con los datos obtenidos durante la práctica.
Identificar los elementos de un generador DC y las principales características de
funcionamiento.
3. MARCO TEORICO
GENERADOR DC
Los generadores de corriente continua funcionan parecidos a los motores de corriente
continua. En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción
a los generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan
al revés. Los generadores son máquinas que convierten la energía mecánica en
eléctrica se le denomina también alternador o dínamo.
Su funcionamiento constituye una aplicación directa de la ley de inducción de Faraday.
En forma esquemática El generador está construido a partir de una bobina que gira en el
campo magnético. De esta manera, una fuerza electromotriz se establece sobre la bobina
como consecuencia de las variaciones del flujo mientras que gira.
Generador
Al lado izquierdo se muestra cómo funciona el generador, usando una espira que gira en
el campo magnético de un imán permanente. Los lados de la espira son pintados con
diferentes colores para poder distinguirlos cuando la espira gira. Aplicando la ley de
Faraday, y con la ayuda de la ley de Lenz, se puede entender que en los extremos de la
espira se induce una f.e.m. cuya amplitud y signo cambia según gira la espira. Lo que
queda claro es que el alambre que queda a la derecha será siempre el lado positivo. Para
aprovechar la fem así generada debe implementarse unos contactos móviles que
conmutan automáticamente los terminales dela bobina mientras que ésta gira. Esta parte
de del generador recibe el nombre de conmutador, y está formado por unas pistas de cobre
llamadas delgas, donde se conectan los extremos de la bobina, y las escobillas que recoge
la f.e.m. de la bobina para entregarlas a los contactos externos o bornes del generador.
Lamentablemente, un generador como el de la ilustración tiene muchos inconvenientes.
Para empezar, por tener una sola espira la tensión sería muy pequeña pero,
más importante, la tensión generada tendría variaciones muy pronunciadas. Además, por
tener un entrehierro muy grande, el campo magnético en el lugar donde gira la bobina
sería menor que el disponible en los imanes. Por todas esas razones, el inducido del
generador se construye usando muchas bobinas, cada una de las cuales tiene un número
considerable de espiras y todas ellas se arrollan sobre un núcleo de hierro como se
muestra en la Figura.
Principio de funcionamiento
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: 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
El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en
el conductor apropiado.
Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor,
para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.
Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor
Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte
de las líneas de fuerza, es el efecto generador de pines.
La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del
motor.
Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la
máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como
una resistencia pura del circuito.
La fuerza contraelectromotriz en el motor depende directamente de la velocidad de
giro del motor y del flujo magnético del sistema inductor.
Número de escobillas
Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona
neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras. En
consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la
máquina. En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos
En realidad, si un motor de corriente continua en su inducido lleva un bobinado
imbricado, se deberán poner tantas escobillas como polos tiene la máquina, pero si en
su inducido lleva un bobinado ondulado, como solo existen dos trayectos de corriente
paralela dentro de la máquina, en un principio es suficiente colocar dos escobillas,
aunque si se desea se pueden colocar tantas escobillas como polos.
Esquema del funcionamiento de un motor de c.c. elemental de dos polos con una sola bobina y dos delgas en
el rotor. Se muestra el motor en tres posiciones del rotor desfasadas 90º entre sí.
Sentido de giro
En máquinas de corriente directa de mediana y gran potencia, es común la fabricación de
rotores con láminas de acero eléctrico para disminuir las pérdidas asociadas a los campos
magnéticos variables, como las corrientes de Foucault y las producidas por el fenómeno
llamado histéresis.
Reversibilidad
Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los
mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.
Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se
produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía
en el circuito de carga.
En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del
colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar
la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica. En ambos casos el inducido está sometido
a la acción del campo inductor principal.
Variaciones en el diseño del motor
Los motores de corriente continua se construyen con rotores bobinados, y con estatores
bobinados o de imanes permanentes. Además existen muchos tipos de motores especiales,
como por ejemplo los motores sin escobillas, los servomotores y los motores paso a paso,
que se fabrican utilizando un motor de corriente continua como base.
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.
Motores de imán permanente
Los motores de imán permanente tienen algunas ventajas de rendimiento frente a
los motores síncronos de corriente continua de tipo excitado y han llegado a ser el
predominante en las aplicaciones de potencia fraccionaria. Son más pequeños, más
ligeros, más eficaces y fiables que otras máquinas eléctricas alimentadas
individualmente.
Motores sin escobillas
Los motores de corriente directa sin escobillas están diseñados para conmutar la
tensión en sus devanados, sin sufrir desgaste mecánico. Para este efecto utilizan
controladores digitales y sensores de posición. Estos motores son frecuentemente
utilizados en aplicaciones de baja potencia, por ejemplo en los ventiladores de
computadoras.
Rotor de una pequeña máquina de corriente directa de 12 V, con imanes permanentes, de dos polos, cinco devanados, cinco delgas y dos escobillas.
MOTOR DE INDUCCIÓN
Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente alterna en
el que la corriente eléctrica, en el rotor, necesaria para producir torsión es inducida
por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo
tanto un motor de inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su
misma excitación o para todo o parte de la energía transferida del estator al rotor,
como en losuniversales, DC y motores grandes síncronos. El primer prototipo de
motor eléctrico capaz de funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido
por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical
Engineers (en español, Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos,
actualmente IEEE) en 1888.
El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a)
de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran
las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º
en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un
sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de
120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo
magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de
Faraday: La diferencia entre el motor a inducción y el motor universal es que en el
motor a inducción el devanado del rotor no está conectado al circuito de excitación
del motor sino que está eléctricamente aislado. Tiene barras de conducción en todo
su largo, incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la periferia. Las
barras están conectadas con anillos (en cortocircuito como dicen los electricistas) a
cada extremidad del rotor. Están soldadas a las extremidades de las barras. Este
ensamblado se parece a las pequeñas jaulas rotativas para ejercitar a mascotas como
hámsters y por eso a veces se llama "jaula de ardillas", y los motores de inducción se
llaman motores de jaula de ardilla.
Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una
corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende
a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador):
en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión.
El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del
estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de
inducción.
La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del
rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales
hacen girar el rotor del motor.
La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina
deslizamiento o resbalamiento.
Motor asíncrono ideado por Tesla.
MOTOR SLIP RING
El motor Slip Ring, es un motor de inducción dónde el rotor comprende un juego de rodillos
que se terminan en sliprings que pueden conectarse las impedancias externas. El estator es
igual que se usa con un motor de jaula de ardilla normal.
Cambiando la impedancia conectada al circuito del rotor, los speed/current y curvas del
speed/torque pueden ser alteradas.
El motor Slip Ring se usa para empezar una carga de inercia alta o una carga que requieren
una torsión de arranque muy alta por el rango de velocidad lleno principalmente.
Seleccionando las resistencias usadas en la resistencia secundaria o juez de salida de anillo
de resbalón correctamente, el motor puede producir la torsión máxima a una corriente
relativamente baja de cera velocidad abatanar la velocidad. Un uso secundario del motor Slip
Ring, es proporcionar un medio de mando de velocidad. Porque la curva de la torsión del
motor es efectiva modificada por la resistencia conectada al circuito del rotor, la velocidad
del motor puede alterarse. Aumentando el valor de resistencia en el circuito del rotor bajarán
la velocidad de torsión máxima. Si la resistencia se conecta al rotor se aumenta más allá del
punto dónde la torsión es máxima y ocurre la velocidad a cero, la torsión se reducirá más
allá.
Cuando usó con una carga que tiene una curva de la torsión que aumenta con la velocidad, el
motor operará a la velocidad dónde la torsión desarrolló por el motor es igual a la torsión de
carga. Reduciendo al muchacho causarán el motor para acelerar, y aumentando la carga
causarán el motor lentamente a abajo hasta la carga y la torsión de motor es igual. Operado
de esta manera, las pérdidas del resbalón son disipados en las resistencias secundarias y
pueden ser muy significante. La regulación de velocidad también es muy pobre.
El motor Slip Ring tiene dos partes distintamente separadas, el estator y el rotor. El circuito
del estator se tasa como con un motor de jaula de ardilla normal y el rotor se está en el voltaje
del marco y corriente del cortocircuito. El voltaje del marco es el voltaje del circuito abierto
cuando el rotor no está girando y da una medida de la proporción de los giros entre el rotor y
el estator. La corriente del corto circuito es la corriente que fluye cuando el motor está
operando a toda velocidad con los anillos del Slip (el rotor) puso en cortocircuito y se aplica
la carga llena al árbol de motor.
El motor de anillos rosantes se alimenta con tres fases, el rotor siempre debe estar conectado
a una carga o debe estar en corto, de otro modo no funcionara debido a que no existe ninguna
corriente en el rotor. Se pueden realizar las siguientes conexiones:DELTA:Las Tres bobinas
del estator se conecta en triangulo y se conectan las tres fases del alimentación a los puntos
de unión de las bobinas. Los tres terminales del rotor van conectado a un reóstato o en corto.
Características:
• Por medio de un reóstato se puede ir variando el nivel de carga del rotor.
ESTRELLA:
Las Tres bobinas del estator se conectan en estrella y se conectan las tres fases de
alimentación a los bornes libres de las bobinas. Los tres terminales del rotor van conectados
a un reóstato o en corto.
Características:
• Se crea un neutro
• Por medio de un reóstato se puede ir variando el nivel de carga del rotor.
• Los valores de voltaje, corriente de funcionamiento, Potencia, potencia activa,
potencia reactiva, y factor de potencia son aproximadamente los mismos en los siete
niveles de carga del reóstato.
• Cuanto más alto es el nivel de carga del reóstato mayor será la corriente de arranque
del motor.
• La potencia activa y reactiva tienen aproximadamente los mismos valores.
4. EQUIPO:
4.1 Equipo Usado:
Fuente de poder TF-123/PS-12
Voltímetro analógico 120 DC
Reóstato RH-11
Tacómetro generador MV-100/UNIT MD-40
Conmutador Estrella-Delta
Starter
Motor trifásico
Arrancador
5. PROCEDIMIENTO:
Armar el circuito
El arrancador en la minima resistencia
El conmutador OYD en la posición
Energizar la fuente variable
Incrementar V1 a 110
Arrancar el motor en estrella, luego que llegue a su velocidad nominal cambiar a D
Cerrar S1 incrementar la carga en pasos 0.35 A hasta 3 A, toma nota de cada paso
Con el conmutador cambiar de Y a O se el sistema
6. ESQUEMA CIRCUITAL DEL GENERADOR DC:
TABLA DE DATOS:
Datos de la práctica
Sin carga
Ea [V] I2 [A]
15 0,1
25 0,12
35 0,2
45 0,3
55 0,35
65 0,41
75 0,5
85 0,62
95 0,69
105 1,1
115 1,5
Con carga
Ea [V] I3 [A] w [rpm]
95 1,8 1650
92,5 2,2 1620
90 2,4 1600
90 2,6 1590
87,5 2,8 1575
86 3 1560
83 3,4 1550
80 3,8 1549
79 4 1549
I3 [A] T [Nm] Pin [W]
1,8 1,6 17
2,2 1,8 18
2,4 2 20
3 2,1 21
3,4 2,2 22
4 2,3 25
Gráficos de la práctica
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0.5 1 1.5 2
Ea [
V]
If [A]
Ea=f(If)
Ea=f(If)
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5
Ea [
V]
Ic [A]
Ea=f(Ic)
Ea=f(Ic)
7. CUESTIONARIO:
7.1. Realizar la gráfica de Ea VS I carga
1000
1200
1400
1600
1800
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
w [
rpm
]
Ic [A]
w=f(Ic)
w=f(Ic)
1
1.5
2
2.5
1 2 3 4 5
T [N
m]
Ic [A]
T=f(Ic)
T=f(Ic)
Ea [V] I3 [A]
95 1,8
92,5 2,2
90 2,4
90 2,6
87,5 2,8
86 3
83 3,4
80 3,8
79 4
7.2. Calcular el deslizamiento y el rendimiento del sistema con los datos obtenidos.
ɳtotal =Psalida
Pentrada∗ 100%
Pout = T ∙ w ∗𝜋
30
Pin = P ∗ 10 ∗ 3
w [rpm] T Pin [W]
1650 1,6 17
1620 1,8 18
1600 2 20
1560 2,1 21
1550 2,2 22
1549 2,3 25
Pin [W] Pout [w] n
510 276,46 54,21
540 305,36 56,55
600 335,10 55,85
630 343,06 54,45
660 357,09 54,11
750 373,09 49,74
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5Ea
[V
]
Ic [A]
Ea=f(Ic)
Ea=f(Ic)
𝑆 =𝑛𝑠𝑐 − 𝑛𝑐𝑐
𝑛𝑐𝑐∗ 100
w s/carga
[rpm]
w carga
[rpm]
s %
1750 1650 6,06
1750 1620 8,02
1750 1600 9,38
1750 1560 12,18
1750 1550 12,90
1750 1549 12,98
7.3. Realizar el análisis de la gráfica del deslizamiento y de la eficiencia
En la gráfica de eficiencia (T=f(Ic)) tenemos que el torque es directamente
proporcional a la corriente de carga, en cuanto aumenta la corriente aumenta el torque.
Pero como se nota en la gráfica de deslizamiento la velocidad disminuye, por ende si
disminuye la carga aumenta la corriente y torque y por ende la eficiencia.
En la gráfica de deslizamiento (w=f(Ic)) tenemos que en cuanto aumenta la corriente
va disminuyendo la corriente. Entonces tenemos que si aumentamos la carga aumenta
el deslizamiento.
7.4. Calcular la potencia a plena carga, explique su valor bajo
Pout = T ∙ w ∗𝜋
30
w [rpm] T [Nm] Pout [w]
1650 1,6 276,46
1620 1,8 305,36
1600 2 335,10
1560 2,1 343,06
1550 2,2 357,09
1549 2,3 373,09
La potencia a plena carga es baja ya que el motor que esta generando el torque
solo puede proporcionar 1 Hp por ende la potencia no puede sobre pasar los 746
W. A medida que la corriente aumenta, el torque aumenta, pero la velocidad
disminuye por ende el valor bajo de la potencia.
8. CONCLUSIONES
Las funciones anteriormente graficadas representan algunas variables eléctricas en
función de otras, como corrientes, tensiones, velocidades, las cuales en algunos casos
presentan relaciones directas o inversas, esto también va de la mano con la eficiencia
que tenga el generador y su deslizamiento.
A las máquinas DC se les conoce también con el nombre máquinas con colector
debido a la presencia de esta estructura.
A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina
generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica
en mecánica se le denomina motor
El torque obtenido es directamente proporcional a la corriente de carga, es decir si la
corriente de carga aumenta, el torque también incrementara su valor.
El deslizamiento depende de las velocidades sin carga y con carga mientras
disminuya la velocidad con carga el deslizamiento aumentara progresivamente.
La potencia a plena carga es baja ya que el motor que está generando el torque solo
puede proporcionar 1 Hp por ende la potencia no puede sobre pasar los 746 W.
El valor de Ea es directamente proporcional a If, en cuanto aumenta If aumenta el
valor de Ea.
9. RECOMENDACIONES
Hay que precautelar, cuando se hace las tomas de datos estas estén en el rango correcto
ya que si no se lo hace bien podría generar malos cálculos, y la práctica no cumpliría con
los objetivos.
Se recomienda utilizar los cables más pequeños que se encuentren para de esta manera
no tener problemas en las mediciones.
Todos los cables y conectores a los diferentes equipos deben estar revisados por el
instructor, de no serlo ahí la probabilidad de que se encuentre mal conectado provocando
que se dañen los equipos, lo cuales son antiguos y de seguro no es posible conseguir
como arreglarlo.
10. BIBLIOGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_as%C3%ADncronoMaquinas eléctricas y
sistemas de potencia. Theodore Wildi. 6º Ed. Pág. 103.
Máquinas y circuito eléctricos. Eugene C. Lister. Pág. 113.
Manual del electricista de taller. Roldón Viloria. Pág. 124.
Introducción a la ingeniería eléctrica – Maquinas eléctricas. Paul Nasor
Unnewehr. Vol 2. Pág 595.
Máquinas eléctricas Estifan Chapman 1976
http://www.monografias.com/trabajos82/motores-asincronicos/motores-
asincronicos.shtml
http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_s%C3%ADncrono
