Informe Lab Maquinas 2

Laboratorio de máquinas eléctricas 2

DETERMINACIÓN DE LAS PARTES ACTIVAS Y CONSTRUCTIVAS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS I.OBJETIVO: a. Aplicar métodos de desmontaje y montaje de las partes mecánicas, electromecánicas y electromagnéticas del dispositivo convertidor electromecánico. b. Determinar y nombrar las partes activas y accesorios de máquinas eléctricas giratorias. c. Inspeccionar, verificar y determinar los tipos de devanados del estator y rotor. d. Determinar los diferentes tipos de dispositivos de conversión electromecánica por su régimen de operación y sistema de alimentación de energía eléctrica. e. Realizar pruebas eléctrica, mecánicas y de funcionamiento de los máquinas eléctricas giratorias antes y después del montaje. f. Fundamentar el electromecánica.

principio

de

la

conversión

de

la

energía

INTRODUCCIÓN Se ha demostrado que un campo magnético es un medio de almacenamiento energía; por otro lado, en un medio magnético se pueden ejercer fuerzas mecánicas en las estructuras o partes de las estructuras asociadas con él. Estas dos propiedades hacen que se utilice el campo magnético como un medio eficaz para la conversión de la energía eléctricas en mecánicas de muchos dispositivos electromecánicos y en particular de las maquinas eléctricas que son convertidores electromecánicos de la energía continua. En esta sección y en los siguientes se explica los principios básicos de la conversión de la energía electromecánica, cuyo fundamento, como sistema físico está basado en el principio general de la conservación de la energía y el campo magnético como medio de enlace del sistema de conversión.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA 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

Daniel Alonzo Bustíos Guillén


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.

Función del colector o conmutador en el motor de C.D. En la siguiente figura se representa, de forma esquemática y simplificada, la vista frontal de un colector seccionado en dos partes, perteneciente a un motor de corriente directa (C.D.) muy simple. También se muestra el enrollado de la bobina del electroimán que gira a modo de rotor, diferenciada por un color diferente en cada una de sus mitades. Una de las mitades se representa por un círculo rojo y la otra por un círculo azul, identificados como “1” y “2”.

Como se puede ver, uno de los terminales de dicha bobina se encuentra conectado a la sección “a” del col ector y el otro terminal a la sección “b”.

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. Tal como vemos, en “A” de la figura, la bobi na del electroimán se encuentra colocada entre los polos norte “N” y sur “S” del campo

magnético del imán permanente. A su vez, el polo positivo (+) de la batería se encuentra conectado siguiendo el sentido convencional de la corriente (del signo positivo al negativo) en la mitad “a” del colector a través de la escobilla identificada también con el signo (+). De esa forma la mitad de la bobina de color rojo (1) se energiza positivamente para formar el polo norte “N”, mientras que la otra



mitad, la de color azul (2) se energiza negativamente para formar el polo sur “S”. Como resultado, cuando en el electroimán se forma el

polo norte, de inmediato el también polo norte del imán permanente lo rechaza. Al mismo tiempo el polo sur que se forma en el extremo opuesto, es rechazado igualmente por el polo sur del propio imán; por tanto se produce una fuerza de repulsión en ambos extremos del rotor al enfrentarse y coincidir con dos polos iguales en el imán permanente. Si bajo esas condiciones aplicamos la “Regla de la mano izquierda” y tomamos como referencia, por ejemplo, la parte de la

bobina donde se ha formado el polo norte en el electroimán, comprobaremos que al romper la inercia inicial, comenzará a girar en dirección contraria a las manecillas del reloj, como indica la flecha de color verde. Una vez que la bobina del electroimán gira y asume una

posición

vertical

(como

se

muestra

en

la

parte

“B”

de

la

ilustración), las escobillas dejan de hacer contacto con ambos segmentos del colector. En esa posición neutra la corriente que suministra la batería deja de circular y la bobina se desenergiza, por lo que ambos extremos del electroimán pierden momentáneamente sus polos magnéticos. No obstante, debido a la fuerza de inercia o impulso de giro que mantiene el electroimán, esa posición la rebasa de inmediato y sus extremos pasan a ocupar la posición opuesta a la que tenían, tal como se muestra en la parte “C” de la misma ilustración. Ahora en “C” se

puede ver que la mitad de la bobina que anteriormente tenía color azul (2) con polaridad sur cuando se encontraba situada a la derecha del eje del rotor pasa a ocupar la parte izquierda junto con la mitad (b) del colector al que se encuentra conectada. Esa parte de la bobina que ha girado, al ocupar ahora la posición opuesta, se convierte en el polo norte (2) del electroimán por lo que es rechazado de nuevo por el polo norte del imán permanente, que como ya se explicó se encuentra fijo al cuerpo del motor. Seguidamente el electroimán, al continuar girando y dar otra media vuelta, pasa de nuevo por la zona neutra (como en “B”) repitiéndose de nuevo el mismo ciclo. Esos

cambios continuos en los polos del electroimán del rotor que proporciona el colector, son los que permiten que se mantenga girando de forma ininterrumpida mientras se mantenga energizado. En resumen, la función del colector es permitir el cambio constante de polaridad de la corriente en la bobina del electroimán del rotor para que sus polos cambien constantemente. Este cambio ocurre cada vez que el electroimán gira media vuelta y pasa por la zona neutra, momento en que sus polos cambian para que se pueda mantener el rechazo que proporciona el imán permanente. Esto permitirá que el electroimán del rotor se mantenga girando constantemente durante todo el tiempo que la batería o fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) se mantenga conectada al circuito del motor, suministrándole corriente eléctrica.

II. PROCEDIMIENTO



2.1 Datos de placa de la máquina eléctrica a desmontar: anotar hacer una captura fotográfica los datos de placa e interpretar la información. Hacer funcionar la máquina en vacío. El motor en estudio no presentaba datos de placa. A continuación se muestra los datos que se vieron a simple vista.

Tipo de motor: Numero de polos en el estator: Ranuras en el rotor:

Alternador 12 36

2.3 Desmontaje verificación de la partes activas y montaje. a.- Proceder a desmontar las partes mecánicas y electromecánicas de las máquinas realizando marcas que ayudarán a montar y dejar en mismas condiciones de operación realizar las respectivas capturas fotográficas y determinar sus partes activas según el tipo de máquina que desmonto.

III. CUESTIONARIO 3.1 Hacer la clasificación general de la maquina eléctrica rotativa desmontada y determinar su clasificación señalando todas sus partes activas principales y accesorios desde la captura fotográfica obtenida en el laboratorio.



3.2 Esquematice el corte transversal del circuito magnético (rotor y estator) de la maquina rotativa desmontada y escala adecuada indique la forma de la distribución espacial de f.m.m. flujos y densidades de flujo y f.e.m. en vacío.



3.3 Indique en forma explícita cada información obtenida de los datos de placa de la máquina eléctrica, explique y defina cada de ellas. El motor en estudio no contaba con placa de datos, sin embargo por las características de la maquina podemos deducir que: Tipo Número de polos en el rotor Frecuencia Ranuras en el estator Tensión de salida

Alternador

12 60 Hz 36 220v

3.4 ¿Que son las armónicas de ranuras en máquinas rotativas y como se evitan?



Debe tenerse en cuenta que, para una máquina dada, no es trivial desde el punto de vista constructivo reducir los efectos de las armónicas de ranura, ya que dependen de características fijas como el espacio entre las ranuras de distintas ramas de una misma bobina o el grado de apertura de las ranuras. Sin embargo, pueden tenerse en cuenta algunos principios que pueden adoptarse con esta finalidad: Es válido afirmar que, en una máquina con mayor cantidad de ranuras en relación con la cantidad de polos, las armónicas de ranura tendrán frecuencias mayores y por ende sus efectos serán menos notorios. Para la reducción de algunas armónicas de frecuencias particulares, puede recurrirse a la construcción de devanados con pasos fraccionarios, para los cuales se tiene un número fraccionario de ranuras por polo y por fase. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que estos devanados contienen grupos de bobinas distintos, lo cual puede ocasionar desequilibrios internos de tensión en los motores. Un método muy extendido en los generadores sincrónicos para minimizar la amplitud de los armónicos de ranura es disponer las ranuras del estator con una leve inclinación, de manera que la transición de cada polo frente a cada ranura sea gradual. En las máquinas asincrónicas, dicha inclinación o sesgo se suele realizar en las ranuras del rotor. Es importante notar que este artilugio permite reducir la amplitud de las armónicas de ranura, pero no elimina selectivamente ninguna frecuencia.

3.5 ¿Qué accesorios tiene la máquina que desmonto y cuáles son sus funciones de cada uno de ellos? Ventilador: Es el accesorio encargado de refrigerar los arrollamientos (estator, rotor). Base de apoyo: Accesorio que se encarga de dar soporte a la máquina. Colector: Accesorio que se encarga de recolectar la corriente del inducido. Eje: Donde va todo el rotor.



1. Estructura del extremo 2. Estator y Placa de diodos. 3. Rotor 4. Estructura del otro extremo 5. Polea y ventilador 6. Rodamiento 7. Escobillas o carbones 8. Porta carbones 9. Reten de rodamiento 10. Rodamiento

IV. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA 4.1 Pesquisar sobre el principio de funcionamiento del rectificador e inversor mecánico. El Inversor es un dispositivo que convierte las variables eléctricas en corriente continua (DC) en alternas (AC). Su utilidad radica en que el voltaje en los paneles fotovoltaicos y en las baterías es continuo, mientras que muchas veces es necesario suministrar cargas alternas. Las principales características de un inversor son su tensión y potencia nominal, su capacidad de suministrar picos de potencia transitorios, su eficiencia, y la estabilidad de su tensión de salida. La distorsión armónica de una idea de lo que se asemeja una onda a una sinusoide. Los inversores cuya salida es una onda cuadrada tienen una elevada distorsión armónica y son válidos únicamente para cargas resistivas. Los inversores de onda sinusoidal escalonada (escalones simulando una onda sinusoidal) pueden alimentar a algunos aparatos electrónicos, aunque para cargas electrónicas sensibles y motores se deben utilizar inversores de onda sinusoidal pura. Además, en sistemas



eléctricos aislados de la red el inversor debe ser capaz de funcionar en paralelo con otros generadores y sincronizar su onda de tensión con ellos. Estos inversores deben ser capaces también de generar la onda de tensión cuando ningún otro generador opera.

4.2 En generadores de grandes potencias investigue como se elimina la armónicas de superiores para obtener una onda de tensión senoidal casi perfecta. Filtros pasivos Los filtros LC pasivos se ajustan a la frecuencia que debe eliminarse o atenúan una banda de frecuencias. Los sistemas de recombinación armónica (doble puente, cambio de fase) también se pueden incluir en esta categoría. • A petición,

Schneider Electric puede integrar este tipo de filtro en sus soluciones. Los filtros pasivos tienen dos inconvenientes principales: • La eliminación de los armónicos solo es eficaz para

una instalación específica, es decir, la incorporación o eliminación de cargas puede interrumpir el sistema de filtrado. • A

menudo son difíciles de implementar en las instalaciones que ya existen. Filtros activos / acondicionadores de armónicos activos Los filtros activos, también denominados acondicionadores de armónicos activos, como AccuSine, cancelan los armónicos inyectando corrientes armónicas exactamente iguales donde surgen. Este tipo de filtros reaccionan en tiempo real (es decir, de forma activa) frente a los armónicos existentes para eliminarlos. Son más eficaces y flexibles que los filtros pasivos, evitan sus inconvenientes y, en comparación, constit uyen una solución que: • Ofrece un gran rendimiento (es posible eliminar totalmente los armónicos, hasta el orden 50º). • Es flexible y se puede adaptar

(posibilidad de configurar la acción) y reutilizar.

V.CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES OBSERVACIONES – El motor en estudio no presentaba placa, pero eso no fue

impedimento para observar sus características principales.

CONCLUSIONES - La máquina en estudio es un alternador. - En el motor en estudio observamos que el inductor es el rotor y el inducido es el estator. - Verificamos que el ventilador sirve para refrigerar y así evitar el sobrecalentamiento en los bobinados. - El rotor esta formado a su vez por un eje o árbol sobre el cual va montado el núcleo magnético formado por dos piezas de acero



forjado que llevan unos salientes o dedos entrelazados sin llegar a tocarse, que constituyen los polos del campo magnético inductor. - Las bobinado que forman los conductores del inducido esta constituido generalmente por tres arrollamientos separados y repartidos perfectamente aislados en las 36 ranuras que forman el estator

VI. BIBLIOGRAFÍA Jesús Fraile Mora – Máquinas eléctricas http://www.apcmedia.com/salestools/LARD-8K6K8S/LARD8K6K8S_R2_ES.pdf?sdirect=true http://www.asifunciona.com/electrotecnia/af_motor_cd/af_motor_cd_6. htm http://www.edutecne.utn.edu.ar/monografias/armonicas_ranura.pdf


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