ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITO EXTENSION LATACUNGA

DEPARTAMENTO DE ENERGIA Y MECANICA

INGENIERIA EN MECATRONICA

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS

TORQUE Y VELOCIDAD EN MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA INTEGRANTES: Tomas Guamn Jos Pulloquinga Diego Arroba

Campo ocupacional El campo ocupacional del Ingeniero Mecatrnico es uno de los ms amplios en el mbito de la ingeniera, pues su participacin en fbricas o industrias se manifiesta a travs del desempeo en diversos campos del saber que requieran la integracin de las Ingenieras Mecnica, Electrnica, Control y de Sistemas, con capacidad de: Disear, operar y mantener dispositivos, mquinas, equipos y procesos, dotados de un nivel de inteligencia que les permita adaptarse al entorno en el que operan, garantizando un funcionamiento ptimo. Administrar procesos de asimilacin de nuevas tecnologas para la modernizacin de los procesos industriales destinados a elaborar productos mediante la transformacin fsica de materia prima o ensamble de componentes como: Generadoras de Energa, Papeleras, Madereras, Alimenticias, Agroindustriales, Automotrices, etc. Perfil profesional

El Ingeniero Mecatrnico graduado en la ESPE es un profesional con una slida formacin cientfica, tcnica y humanstica con conciencia social, respetuoso de la legislacin vigente y del medio ambiente; ejerce liderazgo en los diversos contextos de actuacin profesional y personal, siendo capaz de desarrollar de manera eficiente y con alta calidad las siguientes competencias: Gestiona los sistemas de produccin en las organizaciones industriales y de servicios, comercializadoras relacionadas con equipos y maquinas mecatrnicas y otras que lo demanden, con profesionalismo y eficiencia basndose en estndares de industrias comparables, para lograr la ms alta productividad y competitividad. Disea equipos, procesos o sistemas relacionados con ingeniera mecatrnica, con detalles suficientes que permitan su construccin, operacin y mantenimiento, empleando diversas tcnicas, principios cientficos, normas y estndares aplicables, con profesionalismo, eficiencia y tica. Gestiona sistemas organizativos y proyectos que permitan el buen funcionamiento empresarial, implementacin, innovacin y creacin de nuevas unidades de produccin, con tica profesional, espritu emprendedor, con liderazgo, capacidad de negociacin, pensamiento estratgico y efectivo trabajo en equipo, orientado al beneficio de la sociedad a base de indicadores de desempeo.

OBJETIVOS GENERALES: Determinar el torque y la velocidad en los motores shunt, serie y compound. Extraer y verificar las caractersticas tcnicas de los instrumentos. Identificar de los diferentes tipos de motores Obtener las curvas caractersticas de torque y velocidad en los motores shunt, serie y compound OBJETIVOS ESPECIFICOS Realizar un esquema previo del circuito para su aprobacin. Extraer los mdulos: fuente, motor, electrodinammetro. Conectar el circuito en los mdulos del laboratorio segn el esquema realizado anteriormente Revisar la conexin la cual deber ser aprobada previamente por el ingeniero antes de su funcionamiento Energizar el circuito y determinar su correcto funcionamiento en caso del motor compound determinar si es diferencial o aditivo. Variar la intensidad dentro de los lmites permitidos para el motor usando un pequeo factor de seguridad adicional Utilizar los diferentes instrumentos de medida (velocmetro, ampermetro, electrodinammetro) para obtener datos Verificar si los datos obtenidos guardan relacin con la teora estudiada en clase Apagar la fuente, desconectar los circuitos, poner los mdulos y los instrumentos de medida en su en su respectivo lugar Ordenar el laboratorio MARCO TEORICO: MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA El motor de corriente continua es una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. Segn la Ley de Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente elctrica se sumerge en un campo magntico, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magntico y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha, con mdulo

F: Fuerza en newtons I: Intensidad que recorre el conductor en amperios l: Longitud del conductor en metros lineales B: Densidad de campo magntico o densidad de flujo teslas

El rotor no solo tiene un conductor, sino 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 contra electromotriz inducida en un motor Es la tensin que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las lneas de fuerza, es el efecto generador de pines. La polaridad de la tensin 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 mquina parada no hay fuerza contra electromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito Partes de un motor de CC

Motor shunt. El motor shunt o motor de excitacin paralelo es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal est conectado en derivacin con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. Al igual que en las dinamos shunt, las bobinas principales estn constituidas por muchas espiras y con hilo de poca seccin, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande. En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que el motor serie, (tambin uno de los componentes del motor de corriente continua). Al disminuir la intensidad absorbida, el rgimen de giro apenas sufre variacin. Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye ms que ligeramente cuando el par aumenta. Los motores de corriente continua en derivacin son adecuados para aplicaciones en donde se necesita velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que es necesario un rango apreciable de velocidades (por medio del control del campo). El motor en derivacin se utiliza en aplicaciones de velocidad constante, como en los accionamientos para los generadores de corriente continua en los grupos motogeneradores de corriente directa.

Motor serie Un motor serie es un tipo de motor elctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo (campo magntico principal) se conecta en serie con la armadura. Este devanado est hecho con un alambre grueso porque tendr que soportar la corriente total de la armadura. Debido a esto se produce un flujo magntico proporcional a la corriente de armadura (carga del motor). Cuando el motor tiene mucha carga, el campo de serie produce un campo magntico mucho mayor, lo cual permite un esfuerzo de torsin mucho mayor. Sin embargo, la velocidad de giro vara dependiendo del tipo de carga que se tenga (sin carga o con carga completa). Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y pueden acelerar cargas pesadas rpidamente.

Motor compound Un motor compound (o motor de excitacin compuesta) es un motor de corriente continua cuya excitacin es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivacin con el circuito formado por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura vara, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se aade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo. Esto provee una caracterstica de velocidad que no es tan dura o plana como la del motor shunt, ni tan suave como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitacin del campo puede resultar en exceder la mxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio. El motor compound es un motor de excitacin o campo independiente con propiedades de motor serie. El motor da un par constante por medio del campo independiente al que se suma el campo serie con un valor de carga igual que el del inducido. Cuantos ms amperios pasan por el inducido mas campo serie se origina claro est siempre sin pasar del consumo nominal.

ELEMENTOS Restato Mdulo de motor de cc 1800 rpm, 175W, 120V, 2.8A DATOS OBTENIDOS Motor shunt Diagrama de conexin del motor shunt

Diagrama 1. Conexin del motor shunt I [A] 0.35 0.5 T [N.m] 0.05 0.19 V [rpm] 1382 1350

1 0.62 1.5 0.95 2 1.35 2.5 1.65 Tabla 1 resultados obtenido para el motor shunt ANALISIS DE TORQUE

1282 1225 1171 1132

Debido a que el torque del motor shunt es una funcin lineal se realizara el clculo de la ecuacin mediante datos experimentales obtenidos en el laboratorio por lo que se tomara como valor referencial el ultimo valor medido para ver el comportamiento de los otros datos tabulados, para esto calcularemos inicialmente la ecuacin de la recta desde el origen (Intensidad 0) hasta el punto final(intensidad) ( ) ( )

Para el clculo de torques a diferentes putos hemos utilizado el siguiente programa en MATLAB Descripcin del programa: El presente programa sirve para evaluar la funcin en los determinados puntos adems de graficar dicha funcin. clc clear fprintf('ingreselafuncion') f=input ('','s'); fx=inline(f); h=0; for i=0:0.5:3 h=h+1; vecy(h)=feval(fx,i); vecx(h)=i; end plot(vecx,vecy) title('MOTOR SHUNT') fprintf('Intensidad Torque\n') for j=1:h fprintf(' %.1f %.2f\n',vecx(j),vecy(j)) end

Figura 1. Datos obtenidos por el programa La figura 1 nos muestra que en ausencia de intensidad tambin hay ausencia de torque adems segn la proyeccin de la funcin se logra obtener el valor nominal de torque mximo en la intensidad mxima del motor permisible de 3 A, por lo que se concluye que el torque mximo de la configuracin shunt del mdulo de motor de CC es aproximadamente de 2 N*m

Figura 2. Grfico de resultados medidos y calculados.curva (intensidad- torque) Como es apreciable en la figura 2 los datos tabulados difieren un tanto de los obtenidos en los clculos como era de esperarse debido a que intervienen varios factores tales como el desgaste de los elementos

de medicin como el desgaste de los mdulos del laboratorio de mquinas elctricas ademan del error humano, sin embargo los datos poseen un comportamiento coherente segn lo estudiado en el marco terico. ANALISIS DE VELOCIDAD

1400 1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 0.5 1 1.5 2 2.5

Figura 3. Grafico velocidad-intensidad para el motor shunt

MOTOR SERIE Diagrama de conexin del motor serie:

Diagrama 2 conexin del motor serie

I [A] 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.8

T [N.m] 0.81 1750 0.88 1670 0.94 1635 1.02 1552 1.09 1491 1.21 1420 1.25 1418 1.4 1337 Tabla 2 resultados obtenidos para el motor serie

V [rpm]

1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 2 2.1 2.2 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8

Figura 4. Grafico torque - intensidad para el motor serie

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Figura 5. Grafico velocidad - intensidad para el motor serie MOTOR COMPOUND Diagrama de conexin

Diagrama 5.Conexin del motor compound aditivo

Diagrama 6. Conexin del motor compound diferencial

I [A]

T [N.m]

V [rpm]

0.3 0.5 1 1.5 2 2.5

0.025 1282 0.25 1235 0.75 1139 1.21 1038 1.75 941 2.21 858 Tabla 3 resultados obtenidos para el motor compound

2.5

2

1.5

1

0.5

0 0.3 0.5 1 1.5 2 2.5

Figura 6. Grafico torque - intensidad para el motor compound

1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0.3 0.5 1 1.5 2 2.5

Figura 7. Grafico velocidad - intensidad para el motor compound Analisis de resultados Velocidad de los motores shunt compund y serie

Como se puede apreciar en las figura anterior la velocidad es inversamente proporcional a la intensidad, es decir, a mayor intensidad menor velocidad y viceversa. El motor shunt es el mas estable a pesar de

que el intervalo en que se tomaron los datos no fueron los mismos se nota claramente que el motor serie es el ms inestable ya que de 2 a 2.5 su velocidad baja de una manera ms precipitada que los dos anteriores, mientras que el motor compound si bien no es el ms veloz ni el ms estable, muestra cierta ventaja frente al motor serie. Torque en motores shunt, compound y serie

El motor compound tiene un torque mayor y ms estable a la vez seguido del motor shunt, posteriormente el motor serie

CONCLUSIONES Dado que la intensidad mxima de operacin del motor es de 3 amperios es sumamente necesario tomar un factor extra de seguridad debido a los errores de percepcin en los instrumentos de medicin que pudieran suscitarse durante la prctica, la corriente mxima para nuestro anlisis es 2.5 Amperios por lo que obtenemos un factor de seguridad adicional de:

Se comprueba experimentalmente que la intensidad de arranque es mucho mayor a la intensidad nominal esta llega valores muy altos valores que de mantenerse podran afectar irremediablemente los componentes internos de los motores El motor compound cuando es diferencial al conectarlo a la fuente se embala

Para comprobar si la conexin del motor compound es aditiva o diferencial da lo mismo cambiar la polaridad de la bobina serie o la bobina shunt En cuanto a velocidad el motor shunt es el ms estable seguido del motor compound y finalmente el motor serie El motor con mejores propiedades de torque es el motor compound seguido del motor shunt y para finalizar el motor serie RECOMENDACIONES Al empezar la prctica debemos verificar que el eje neutro se encuentre en la posicin indicada Realizar los esquemas previamente en una hoja de papel para verificar su correcta conexin con el ingeniero a cargo lo que implica una mayor seguridad al efectuar la practica Por ningn motivo se debe arrancar un motor serie en vaco, debido a que por motivo de su embala miento puede causar graves danos mecnicos al motor, y posibles danos fsicos a los estudiantes Reconocer el rea del laboratorio previo a la prctica para localizar: reas de seguridad y peligro, dispositivos de seguridad (botiqun de primeros auxilios, extintor de incendios), identificar salidas de emergencia en caso de haberlas teniendo en cuenta que los accidentes no existen, todo es provocado por la negligencia de los laboratoristas. Anexos:

BIBLIOGRAFIA http://electroalejo.blogspot.com/2008/08/motor-electrico-un-motor-elctrico-es.html caractersticas de los diferentes tipos de motores