MAQUINAS SINCRONAS Y DE C.D

          INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PUEBLA

 INGENIERÍA ELÉCTRICA

                        

PROFESOR:RUBEN GARCÍA TLAPAYA    

                            MAQUINAS SINCRONAS Y DE CORRIENTE DIRECTA

EQUIPO :

*GARISTA SAAVEDRA LEONARDO

Visión

Explicar y comprender el funcionamiento de las máquinas síncronas y  corriente directa diagnosticar y presentar soluciones a problemas relacionados con máquinas síncronas y de corriente directa buscando una mejor eficiencia en estas, ademas de conocer una máquina síncrona y una de C.D. en sus funciones de generador y motor.

Misión

Poder aplicar los fundamentos de las máquinas sincrónicas y las máquinas de corriente directa para analizar su operación en estado estacionario a analizar las condiciones de arranque y operación de las máquinas síncronas y de C.D. para resolver los problemas más comunes en ellas ademas de saber poder identificarlas, utilizar los modelos matemáticos de estas máquinas para determinar las condiciones de operación dentro de un sistema eléctrico.

LEY DE COULOMB

La Ley de Coulomb es una ley experimental que debe su nombre al coronel francés Charles Augustin de Coulomb, quien la formulo en 1785.

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.

Enunciado de la ley

La ley de Coulomb es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.

En términos matemáticos, la magnitud  de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales  y  ejerce sobre la otra separadas por una distancia  se expresa como:

Dadas dos cargas puntuales  y  separadas una distancia  en el vacío, se atraen o repelen entre sí con una fuerza cuya magnitud está dada por:

La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:

donde  es un vector unitario, siendo su dirección desde la cargas que produce la fuerza hacia la carga que la experimenta.

Al aplicar esta fórmula en un ejercicio, se debe colocar el signo de las cargas q1 o q2, según sean éstas positivas o negativas.

El exponente (de la distancia: d) de la Ley de Coulomb es, hasta donde se sabe hoy en día, exactamente 2. Experimentalmente se sabe que, si el exponente fuera de la forma , entonces .

Representación gráfica de la Ley de Coulomb para dos cargas del mismo signo.

Obsérvese que esto satisface la tercera de la ley de Newton debido a que implica que fuerzas de igual magnitud actúan sobre  y . La ley de Coulomb es una ecuación vectorial e incluye el hecho de que la fuerza actúa a lo largo de la línea de unión entre las cargas.

Constante de Coulomb

La constante  es la Constante de Coulomb y su valor para unidades SI es  

Nm²/C.

A su vez la constante  donde  es la permitividad relativa , , y  F/m es la permitividad en el medio del vacío. Cuando el medio que rodea a las cargas no es el vacío hay que tener en cuenta la constante dialéctica  y la permitividad del material. La ecuación de la ley de Coulomb queda finalmente expresada de la siguiente manera:

Regla de la mano derecha

Se emplea en dos maneras: para direcciones y movimientos vectoriales lineales y para movimientos y direcciones rotaciones.

• Dedo Pulgar es Fuerza. 
• Dedo Índice es Velocidad. 
• Dedo Corazón es Campo magnético.

En electromagnetismo, la regla de la mano derecha establece que si se extiende la mano derecha sobre el conductor en forma de que los dedos estirados sigan la dirección de la corriente, el pulgar en ángulo recto con los demás dedos indicará el sentido de desplazamiento del polo norte de una aguja imantada.

El campo creado por la corriente eléctrica a través de un conductor recto como todo campo magnético, está integrado por líneas que se disponen en forma de circunferencias concéntricas dispuestas en planos perpendiculares al conductor.

Así, cuando se hace girar un sacacorchos o un tornillo “hacia la derecha” (en el sentido de la agujas de un reloj) el sacacorchos o el tornillo “avanza”, y viceversa, cuando se hace girar un sacacorchos o un tornillo “hacia la izquierda” (contrario a las agujas del reloj), el sacacorchos o el tornillo “retroceden”.

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 = B · L · I · sen θ

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.
Sen θ: Componente sinusoidal de θ.

Un motor de corriente directa produce torque gracias a la conmutación mecánica de la corriente. En esta imagen, existe un campo magnético permanente producido por imanes en el estator. El flujo de corriente en el devanado del rotor produce una fuerza de Lorentz sobre el devanado, representada por las flechas verdes. Debido a que en este caso el motor tiene dos polos, la conmutación se hace por medio de un anillo partido a la mitad, donde el flujo de corriente se invierte cada media vuelta (180 grados).

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.

Reporte de practica 1

PARTES QUE INTEGRAN UN MOTOR COMÚN DE CORRIENTE DIRECTA

• Carcasa metálica o cuerpo del motor. Aloja en su interior, de forma fija, dos imanes permanentes con forma de semicírculo, con sus correspondientes polos norte y sur.

• Rotor o parte giratoria del motor. Se compone de una estructura metálica formada por un conjunto de chapas o láminas de acero al silicio, troqueladas con forma circular y montadas en un mismo eje con sus correspondientes bobinas de alambre de cobre, que lo convierten en un electroimán giratorio. Por norma general el rotor de la mayoría de los pequeños motores de C.D. se compone de tres enrollados o bobinas que crean tres polos magnéticos. Los extremos de cada una de esas bobinas se encuentran conectados a diferentes segmentos del colector.

• Colector o conmutador. Situado en uno de los extremos del eje del rotor, se compone de un anillo deslizante seccionado en dos o más segmentos. Generalmente el colector de los pequeños motores comunes de C.D. se divide en tres segmentos

• Escobillas. Representan dos contactos que pueden ser metálicos en unos casos, o compuesto por dos piezas de carbón en otros. Las escobillas constituyen contactos eléctricos que se deslizan por encima de los segmentos del colector mientras estos giran. Su misión es suministrar a la bobina o bobinas del rotor a través del colector, la corriente eléctrica directa necesaria para energizar el electroimán. En los pequeños motores las escobillas normalmente se componen de dos piezas o flejes metálicos que se encuentran fijos en la tapa que cierra la carcasa o cuerpo del motor.

Tapa de la carcasa. Es la tapa que se emplea para cerrar uno de los extremos del cuerpo o carcasa del motor. En su cara interna se encuentran situadas las escobillas de forma fija. El motor de esta foto utiliza en función de escobillas dos flejes metálicos.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor. Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.

En esta otra ilustración se muestra, de forma esquemática y simplificada, un motor común de corriente directa (C.D.) con un rotor formado por una simple bobina de una sola espira de color rojo y azul, para diferenciar cada mitad. Si seguimos el recorrido de la corriente eléctrica (I) asumiendo que fluye en el sentido convencional (del polo positivo "+"al polo negativo "–" de la batería, según indican las flechas negras), cuando en la mitad izquierda de la espira de color rojo se forma el polo norte “N” coincidiendo con la misma polaridad del campo magnético del imán permanente fijo al cuerpo del motor, se produce una fuerza de rechazo entre ambos polos iguales. Si aplicamos la “Regla de la mano izquierda” se puede determinar que esa mitad de la espira se moverá hacia abajo (flecha verde izquierda). Por otra parte, en la mitad derecha (de color azul) ocurrirá lo mismo, pero a la inversa, por lo que aplicando la propia regla comprobaremos que se moverá hacia arriba (flecha verde derecha).

La combinación de esas dos fuerzas o vectores actuando de forma opuesta y al unísono (de acuerdo con la Fuerza de Lorentz), provocará que el electroimán del rotor, formado aquí por esa simple espira, comience a girar en torno a su eje imaginario (representado por una línea de puntos en la figura) en dirección contraria a las manecillas de reloj en este ejemplo. Ese movimiento de rotación se encuentra señalado por la flecha negra en forma de semicírculo, que se encuentra dibujada al fondo de la espira.

FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR COMÚN DE CORRIENTE DIRECTA

La siguiente figura muestra, de forma animada, el funcionamiento de un motor común bipolar de corriente directa. Como se puede observar, éste consta de un imán permanente en forma de semicírculo, dividido en dos partes fijas al cuerpo del motor. La parte de color rojo del imán corresponde al polo norte “N” y la azul al polo sur “S”. 

También encontramos un electroimán que a modo de rotor gira entre los polos magnéticos del imán permanente. En el eje del rotor se muestra un colector dividido en dos segmentos y dos escobillas haciendo contacto con los mismos. La batería se encuentra conectada de tal forma que la corriente eléctrica fluye en el sentido convencional con el polo positivo (+) conectado a la escobilla derecha y el polo negativo (–) a la escobilla izquierda. Cada escobilla hace pleno contacto con las secciones del colector, incluso mientras el rotor se encuentra girando.

Como la bobina del rotor se encuentra conectada a ambos segmentos del colector, éste se energiza con la corriente eléctrica directa que suministra la fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) (en este caso la batería), que le llega a través de las escobillas. De esa forma la corriente la recibe el colector a través de la escobilla izquierda identificada con el signo (+), recorre las espiras correspondientes a esa mitad de la bobina del electroimán (de color rojo) y continúa recorriendo las espiras de la mitad derecha (de color azul) para retornar, finalmente, a la batería por su polo negativo (–), completando así el circuito eléctrico del motor.

Cuando la corriente eléctrica comienza a fluir por la parte correspondiente a las espiras de color rojo, el electroimán adquiere polaridad norte “N” en ese extremo y polaridad sur “S” en el extremo opuesto representado por las espiras de color azul.

De acuerdo con la Ley de Lorentz y aplicando la “Regla de la mano izquierda” podremos comprobar que, en esas condiciones, el electroimán del rotor comienza a girar debido al torque magnético que se produce en sentido contrario a las manecillas del reloj. Dicho torque es resultado del rechazo que se manifiesta entre las polaridades magnéticas iguales del campo electromagnético del rotor y del campo magnético del imán permanente fijo en la carcasa del motor.

Cada vez que el electroimán del rotor da media vuelta y alcanza la posición vertical o neutra, los segmentos del colector (que giran también de forma conjunta con el rotor cambiando constantemente su posición), dejan de hacer contacto con las escobillas. En esa posición el suministro de corriente eléctrica a las espiras de la bobina cesa, por lo que el campo electromagnético desaparece por completo por unos instantes. La fuerza de inercia o impulso que mantiene el electroimán al llegar a la posición neutra permite que continúe girando y sobrepase ese punto de inmediato, por lo que los segmentos del colector pasan a ocupar la posición opuesta a la que tenían. En esta nueva posición la bobina se vuelve a energizar, pero al cambiar la polaridad de la corriente eléctrica que le suministra el colector, los polos magnéticos en cada extremo del electroimán del rotor también cambian.

El cambio constante de polaridad de la corriente en la bobina permite que los polos del electroimán sean siempre los mismos a cada lado del eje del rotor. Así pueden ser rechazados una y otra vez por los polos magnéticos del imán permanente, permitiendo que el rotor gire ininterrumpidamente durante todo el tiempo que la fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) se mantenga conectada al circuito eléctrico del motor.

Como se puede apreciar en la propia ilustración, de acuerdo con la forma en que se encuentra conectada la batería, el rotor gira en contra de las manecillas del reloj. Ahora bien, si queremos que gire en sentido contrario, sólo será necesario cambiar la conexión invirtiendo nosotros mismos su polaridad.

Flujo del campo eléctrico. Ley de Gauss

Cuando una distribución de carga tiene una simetría sencilla, es posible calcular el campo eléctrico que crea con ayuda de la ley de Gauss. La ley de Gauss deriva del concepto de flujo del campo eléctrico.

Flujo del campo eléctrico

El flujo del campo eléctrico se define de manera análoga al flujo de masa. El flujo de masa a través de una superficie S se define como la cantidad de masa que atraviesa dicha superficie por unidad de tiempo.

El campo eléctrico puede representarse mediante unas líneas imaginarias denominadas líneas de campo y, por analogía con el flujo de masa, puede calcularse el número de líneas de campo que atraviesan una determinada superficie. Conviene resaltar que en el caso del campo eléctrico no hay nada material que realmente circule a través de dicha superficie.

Como se aprecia en la figura anterior, el número de líneas de campo que atraviesan una determinada superficie depende de la orientación de esta última con respecto a las líneas de campo. Por tanto, el flujo del campo eléctrico debe ser definido de tal modo que tenga en cuenta este hecho.

Una superficie puede ser representada mediante un vector dS de módulo el área de la superficie, dirección perpendicular a la misma y sentido hacia afuera de la curvatura. El flujo del campo eléctrico es una magnitud escalar que se define mediante el producto escalar:

Cuando la superficie es paralela a las líneas de campo (figura (a)), ninguna de ellas atraviesa la superficie y el flujo es por tanto nulo. E y dS son en este caso perpendiculares, y su producto escalar es nulo.

Cuando la superficie se orienta perpendicularmente al campo (figura (d)), el flujo es máximo, como también lo es el producto escalar de E y dS.

Ley de Gauss

El flujo del campo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada es igual a la carga q contenida dentro de la superficie, dividida por la constante ε0.

La superficie cerrada empleada para calcular el flujo del campo eléctrico se denomina superficie gaussiana.

Matemáticamente,

La ley de Gauss es una de las ecuaciones de Maxwell, y está relacionada con elteorema de la divergencia, conocido también como teorema de Gauss. Fue formulado por Carl Friedrich Gauss en 1835.

Para aplicar la ley de Gauss es necesario conocer previamente la dirección y el sentido de las líneas de campo generadas por la distribución de carga. La elección de la superficie gaussiana dependerá de cómo sean estas líneas.

Campo creado por un plano infinito

El campo eléctrico creado por un plano infinito cargado puede ser calculado utilizando la ley de Gauss.

Práctica 2: Motor de corriente directa en serie

Arrancar una máquina de corriente directa en serie.

En este tipo de motores las bobinas inductoras y las inducidas están conectadas en serie.

La conexión forma un circuito en serie en el que la intensidad absorbida por el motor al conectarlo a la red (también llamada corriente de carga) es la misma, tanto para la bobina inductora (del estator) como para la bobina inducida (del rotor).

Ie= Corriente de excitación.

Ii= Corriente inducida.

                  

Ie=Ii=I

Algunas características de la conexión de serie:

·       Puede desarrollar un elevador par-motor de arranque, es decir, justo al arrancar, el par motor es elevado.

·       Si disminuye la carga del motor, disminuye la intensidad de corriente absorbida y el motor aumenta su velocidad. Esto puede ser peligroso. En vacío el motor es inestable, pues la velocidad aumenta bruscamente.

·       Sus bobinas tienen pocas espiras, pero de gran sección.

·       Posee gran torque.

·       Cuando disminuya la carga, disminuye su corriente aumentando su velocidad rápidamente.

·       Por este motivo se requiere que este motor siempre esté conectado a la carga.

Diagrama de conexión en serie. Amperímetro en serie y Voltímetro en paralelo.

El material utilizado fue:

·             2 multímetros digitales.

·            10 bananas-bananas.

·             1 motor de CD.

·             1 fuente lab-volt  con cable

·             1 Estroboscopio.

·             1 Tacómetro.

·              1 Termómetro.

Parámetros obtenidos en la prueba de motor de cd ajustado a un electrodinamómetro.

Alimentación (V)	Corriente (A)	Voltaje (V)	RPM	Temperatura (°C)	Torque (N)	Torque (Kg/m)
40	1	30	918	24.4	0.7	0.0714
60	1.5	55.2	1310	29.4	0.4	0.0408
80	2	76.4	1446	30.7	0.4	0.0408
80	3	72.5	1064	35	1	0.102
100	3.5	94.6	1436	33.7	1	0.102
120	3.7	105.7	1778	35.3	1	0.102

Desarrollo

Se conectó la fuente de lab-volt en serie con el devanado de campo y la armadura. El amperímetro se conectó de igual manera en serie entre el devanado de campo y la armadura del motor. El voltímetro en paralelo con la armadura de motor.

 Por medio de una banda se ajustó el motor con un electrodinamómetro.

Conclusión

Con los parámetros obtenidos se concluyó que la maquina conectada en serie con una fuente de corriente directa sometida a una carga (mecánica) en este caso el electrodinamómetro cuando se elevaba el torque aumentaba la corriente al igual que la temperatura, y de manera contraria cuando el torque era menor la corriente disminuía.

También se notó que al modificar el eje de cuadratura se observaba “péndulo” y la corriente disminuye.

PRÁCTICA 3 

MOTOR DE CD  ALIMENTADO CON CORRIENTE ALTERNA

Motor monofásico universal

El motor monofásico universal es un tipo de motor eléctrico que puede funcionar tanto con corriente continua (C.C.) como con corriente alterna. (A.C.)

Es similar a la de un motor en serie de corriente continua, aunque con muchas y variadas modificaciones:

- Los núcleos polares, y todo el circuito magnético, están construidos con chapas de hierro al silicio aisladas y apiladas para reducir la pérdidas de energía por corrientes parásitas que se producen a causa de las variaciones del flujo magnético cuando se conecta a una red de corriente alterna.

- Menor número de espiras en el inductor con el fin de no saturar magnéticamente su núcleo y disminuir así las pérdidas por corrientes de Foucault y por histéresis, aumentar la intensidad de corriente y, por lo tanto, el par motor y mejorar el factor de potencia.

- Mayor número de espiras en el inducido para compensar la disminución del flujo debido al menor número de espiras del inductor.

BOBINADO DE COMPENSACIÓN

Los motores universales son motores en serie de potencia fraccional, de C.A., diseñados especialmente para usarse en potencial ya sea de C.C. o de C.A. Estos motores tienen la misma característica de velocidad y par cuando funcionan en C.A. o en C.C. En general, los motores universales pequeños no requieren devanados compensadores debido a que el número de espiras de su armadura es reducido y por lo tanto, también lo será su reactancia de armadura. Como resultado, los motores inferiores al 50% de caballo generalmente se construyen sin compensación. El costo de los motores universales no compensados es relativamente bajo por lo que su aplicación es muy común en aparatos domésticos ligeros, por ejemplo aspiradoras, taladros de mano, licuadoras, etc.

Los motores universales grandes tienen algún tipo de compensación. Normalmente se trata del devanado compensador del motor de serie o un devanado de campo distribuido especialmente para contrarrestar los problemas de la reacción de armadura.

Una característica importante de los motores serie de C.A. es el uso de motores compensadores para reducir la reacción de armadura. El medio más común para esta compensación implica incrustar devanados compensadores distribuidos en los polos del motor. Si el motor de serie de C.A. tendrá aplicaciones tanto con C.A. como con C.C., el devanado compensador se conecta siempre en serie con la armadura y se dice que el motor está compensado conductivamente. Si el devanado compensador está conectado en corto circuito sobre sí mismo, se dice que el motor está compensado inductivamente.

Principio de funcionamiento

En el motor de corriente directa el colector o conmutador sirve para conmutar o cambiar constantemente.el sentido de circulación de la corriente eléctrica a través del enrollado de la bobina del rotor  cada  vez.que completa media vuelta. De esa forma el polo norte del electroimán coincidirá siempre con el también.polo. norte del imán permanente y el polo sur con el polo sur del propio imán. Al coincidir siempre dos.polos magnéticos, que en todo momento van a ser iguales, se produce un rechazo constante entre.ambos, lo que permite al rotor mantenerse girando ininterrumpidamente sobre su eje durante. todo el.tiempo que se encuentre conectado a la corriente eléctrica.

Fuerza de Lorentz

 Fuerza de Lorentz es la fuerza ejercida por el campo electromagnético que recibe una partícula cargada o una corriente eléctrica.

Para una partícula sometida a un campo eléctrico combinado con un campo magnético, la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz sobre esa partícula viene dada por:

donde V es la velocidad de la carga, E es el vector intensidad de campo eléctrico y B es el vector inducción magnética. La expresión siguiente está relacionada con la fuerza de Laplace o fuerza sobre un hilo conductor por el que circula corriente:

donde L es la longitud del conductor, I es la intensidad de corriente y B  la inducción magnética. A pesar de ser una consecuencia directa de ella, esta última expresión históricamente se encontró antes que la anterior, debido a que las corrientes eléctricas se manejaban antes de que estuviese claro si la carga eléctrica era un fluido continuo o estaba constituida por pequeñas cargas discretas.

 Regla de la mano izquierda

La regla de la mano izquierda, o regla de Fleming es una ley mnemotécnica utilizada en electromagnetismo que determina el movimiento de un conductor que está inmerso en un campo magnético o el sentido en el que se genera la fuerza dentro de él.          

Funcionamiento

En un conductor que está dentro de un campo magnético perpendicular a él y por el cual se hace circular una corriente, se crea una fuerza cuyo sentido dependerá de cómo interactúan ambas magnitudes (corriente y campo). Esta fuerza que aparece como resultado se denomina fuerza de Lorentz. Para obtener el sentido de la fuerza, se toma el dedo índice de la mano (izquierda) apuntando a la dirección del campo magnético que interactúa con el conductor y con el dedo corazón se apunta en dirección a la corriente que circula por el conductor, formando un ángulo de 90 grados. De esta manera, el dedo pulgar determina el sentido de la fuerza que experimentará ese conductor.

Partículas cargadas eléctricamente

También es útil para averiguar el sentido de la fuerza que el campo magnético ejerce sobre una partícula con carga eléctrica positiva que circula por el seno de dicho campo magnético, simplemente cambiando la dirección de corriente por la dirección de movimiento de la partícula, como indica la ilustración. Si se requiere saber la dirección de la fuerza de una partícula con carga negativa, debemos tomar como sentido de la fuerza el opuesto al que indica el dedo pulgar de la mano izquierda.

Materiales

Motor de CD

Fuente  variable de CA

Estroboscopio

Termómetro laser

Multímetro de gancho

Osciloscopio

Comenzamos conectando  el motor a la fuente.

Aplicando un voltaje variable se observaron los comportamientos de las siguientes variables físicas

Que se muestran en la tabla

Aquí se  quito la tapa frontal para poder  ajustar las rotaciones del motor a sincronía.

Pruebas hechas al rotor
Observaciones	Voltaje(V)	Velocidad(Rpm)	Temperatura(°C)	Corriente(A)
El motor comienza a  girar	40	166.33	20.7	1.34
	60	2000	19.5	1.90
	50	1530	28.5	1.80

Pruebas al devanado de estator
Observaciones	Voltaje(V)	Velocidad(Rpm)	Temperatura(°C)	Corriente(A)
Giro a la izquierda	24	392	26.5	0.7
Giro a la izquierda	40	2470	28.1	0.8
Giro a la derecha	60	2476	29.4	0.9

Con el osciloscopio miramos la forma de onda en las escobillas esta señal está reducida a comparación de la de alimentación.

.

Conclusión

En esta práctica pudimos observar como un motor de corriente directa funciona con corriente alterna pudimos observar la forma de onda de la corriente en la armadura de motor así como intuir la consumida por su devanado serie de estator.

Criterio de las Áreas Iguales para un Sistema Máquina-Bus Infinito

Considerando el sistema máquina-bus infinito (SMBI) de la figura 2.1.

El criterio de áreas iguales permite conocer si un sistema (como el mostrado 

en la figura 2.1) será estable o no después de un disturbio, sin que necesariamente se resuelva la ecuación de oscilación del generador, únicamente se requiere conocer cuál podría ser la máxima desviación del ángulo del rotor ( δ I) para determinar el margen de estabilidad en forma gráfica a través de la figura 2.2. Aunque dicho criterio no se puede emplear para un sistema multimáquinas, sirve para ilustrar los parámetros que intervienen en un estudio de estabilidad transitoria. Este criterio presenta las ideas básicas con las que el método de la función de energía transitoria se fundamenta para evaluar la estabilidad de un sistema sin resolver las ecuaciones diferenciales que lo caracterizan.

Lo anterior es cierto cuando A1 es igual al A2, esto es, A1 corresponde a la energía cinética ganada cuando el rotor cambia de su posición original en δ e1 a una nueva posición en δlib, A2 corresponde a la energía perdida cuando el rotor pasa de δlib a δ I. Del análisis anterior se tienen las siguientes conclusiones de estabilidad para un sistema máquina-bus infinito:

• Si A1>A2, el sistema será inestable.

• Si A1<A2, el sistema será estable.

• Si A1=A2, el sistema será críticamente estable.

PENDULEO DE UNA MAQUINA SINCRONA 

El péndulo es una oscilación mecánica que se presentan las máquinas sincronas  sometidas a variaciones bruscas de las condiciones de funcionamiento, por ejemplo de las de potencia mecánica o eléctrica en motores y  generadores.Las variaciones de potencia mecánica pueden deberse a cargas  aplicadas  repentinamente o a  maquinas  acopladas del tipo alternativo, como pueden ser generadores accionados por motores diesel o motores sincrónicos   que impulsan a compresores de embolo, mientras que las perturbaciones eléctricas  mas  comunes, que  dan lugar al penduleo, son las conexiones de cargas y los cortocircuitos que alteran las condiciones de la red a la que se encuentra conectada la maquina.

El penduleo da lugar a:

-Esfuerzos mecánicos en el eje y el acoplamiento

-Oscilaciones de la corriente y de la tensión 

 y en casos extremos, perdida del sincronismo.

Práctica: Arranque de un motor síncrono

Arrancar de un motor síncrono

Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación.

La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados es:

donde:

·      f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz)

·      P: Número de pares de polos que tiene la máquina

·      p: Número de polos que tiene la máquina

·      n: Velocidad de sincronismo de la máquina 

El material utilizado fue:

·          2 multímetros digitales.

·          10 bananas-bananas.

·           1 motor síncrono.

·           1 fuente lab-volt  con cable

·           1 Estroboscopio.

·           1 Tacómetro.

·            1 Termómetro.

·            1 Electrodinamómetro

Parámetros obtenidos en la prueba de motor síncrono  ajustado a un electrodinamómetro.

Par	RPM	Corriente L1 (A)	Corriente L2 (A)	Corriente L3(A)	Fase 1-2	Fase 1-3	Fase 2-3	Fase 1-L	Fase 2-L	Fase 3-L
0	1760	1.2	.61	.76	217	217	217	125	125	125
.10	1747	1.04	.64	.79	217	217	217	125	125	125
. 35	1724	1.11	.70	.82	217	217	217	125	125	125
.50	1700	1.16	.76	.86	216	216	216	125	125	125
1	1638	1.36	.98	1.05	217	217	217	125	125	125
1.30	1596	1.50	1.14	1.20	217	217	217	125	125	125
1.50	1556	1.64	1.25	1.30	218	218	217	124	124	124
1.80	1493	1.84	1.45	1.49	218	218	218	125	125	125
2	1444	1.98	1.60	1.63	217	217	217	125	125	125

Se conectó las tres líneas  fuente de lab-volt hacia en el motor síncrono, se conecto el amperímetro en  cada una de las tres líneas al igual que el voltímetro  en paralelo.

 Por medio de una banda se ajustó el motor síncrono   con un electrodinamómetro

Y tal y como se muestra en la tabla anterior se fue aumentando el par del electrodinamómetro al igual que checábamos las oscilación del motor con el electroboscopio se midieron las revoluciones del motor también su temperatura-

Conclusión

Con los parámetros obtenidos se concluyó que la maquina  síncrona sometida a una carga (mecánica) en este caso el electrodinamómetro cuando se elevaba el torque aumentaba la corriente al igual que la temperatura, y de manera contraria cuando el torque era menor la corriente disminuía.

MAQUINAS SINCRONAS 

La máquina sincrónica es un convertidor electromecánico de energía con una pieza giratoria denominada rotor o campo, cuya bobina se excita mediante la inyección de una corriente continua, y una pieza fija denominada estator o armadura por cuyas bobinas circula corriente alterna. Las corrientes alternas que circulan por los enrollados del estator producen un campo magnético rotatorio que gira en el entrehierro de la máquina con la frecuencia angular de las corrientes de armadura.

Si las velocidades angulares del campo magnético rotatorio y del rotor de la máquina sincrónica son diferentes, el torque eléctrico medio es nulo. Por esta razón a esta máquina se la denomina sincrónica; el rotor gira mecánicamente a la misma frecuencia del campo magnético rotatorio del estator durante la operación en régimen permanente.

Se utilizan en mayor medida como generadores de corriente alterna que como motores de corriente alterna,

Aspectos constructivos

La máquina síncrona es una máquina reversible ya que se puede utilizar como generador de corriente alterna o como motor síncrono. Está constituido por dos devanados independientes:

a) Un devanado inductor, construido en forma de arrollamiento concentrado o distribuido en ranuras, alimentado por corriente continua, que da lugar a los polos de la máquina y que se coloca en el rotor.

b) Un devanado inducido distribuido formando un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna ubicado en el estator que está construido de un material ferromagnético, generalmente de chapas de acero al silicio.

La estructura del rotor puede ser en forma de polos salientes o de polos lisos como se ve en la figura 1 si el motor tuviese solo un par de polos.

Principio de funcionamiento

Si a un alternador trifásico se le retira la máquina motriz y se alimenta su estator mediante un sistema trifásico de corriente alterna se genera en el estator un campo magnético giratorio, cuya velocidad sabemos que es N = 60 f/p donde f es la frecuencia de la red, y p es el número de pares de polos del rotor. Si en estas circunstancias, con el rotor parado, se alimenta el devanado del mismo con corriente continua se produce un campo magnético rotórico fijo, delante del cual pasa el campo magnético del estator. Los polos del rotor están sometidos ahora a atracciones y repulsiones en breves periodos de tiempo, por parte de los polos del estator pero el rotor no consigue girar, a lo sumo vibrará.

Generador síncrono

Es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator, el principio de funcionamiento de un generador síncrono se basa en la ley de Faraday. Para crear tensión inducida en el (estator), debemos crear un campo magnético en el rotor o circuito de campo, esto lo lograremos alimentado el rotor con una batería, este campo magnético inducirá una tensión en el devanado de armadura por lo que tendremos una corriente alterna fluyendo a través de él.