Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Instituto de Ingeniería y Tecnología
Máquinas y Fuentes de Corriente Continua
Practica 6, El motor universal
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Alumno: Daniel Alejandro Aguilar Buhaya Matricula: 108447 Grupo: A Nombre del Maestro: Dr. Manuel Iván Castellanos García
OBJETIVO: Analizar la estructura del motor universal, determinar las características en vacío y plena carga cuando funciona con corriente alterna y determinar sus características en vacío y plena carga cuando funciona con corriente directa. Comparar el par de arranque en corriente directa con el producido en corriente alterna, observar que es lo que sucede cuando se elimina el devanado de compensación y por ultimo proporcionar al motor una compensación inductiva.
INTRODUCCIÓN: La materia de máquinas y fuentes de corriente continua se encarga del estudio de los motores de corriente continua y los generadores. Un motor eléctrico es una maquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Hay motores eléctricos reversibles, los cuales pueden transformar energía mecánica a eléctrica funcionando como generadores. En esta práctica se verán los motores universales que trabajan con corriente directa y también con corriente alterna.
MARCO TEORICO: EL MOTOR UNIVERSAL.
El motor universal de CA/CD se utiliza en herramientas portátiles tales como taladros, sierras, pulidoras eléctricas, etc. Y también en aparatos caseros tales como aspiradoras, batidoras, licuadoras, etc., en los cuales la alta velocidad, mucha potencia y tamaño pequeño constituyen una ventaja. Básicamente es más semejante al motor de corriente directa que al de corriente alterna y tiene ciertas desventajas que se pueden evitar en motores de inducción de CA. La principal desventaja es que necesita conmutación y escobillas. El motor universal es fundamentalmente un motor de CD
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diseñado especialmente para funcionar con CA y CD. Un motor serie normal de CD funciona muy deficientemente en CA, debido sobre todo a dos razones: a) La alta reactancia de los devanados de armadura y campo limitan la corriente de CA a un valor mucho menor que la corriente directa (para el mismo voltaje de línea). b) Si se usa acero sólido para el marco o yugo del estator, el flujo de CA producirá grandes corrientes parasitas en él y, por lo tanto, se calentara. La reactancia del devanado de armadura puede reducirse colocando un devanado de compensación en el estator, de tal modo que los flujos se opongan o “anulen” entre sí.
Este mismo devanado de compensación se puede conectar en serie con el de la armadura. En este caso se dice que el motor esta conductivamente compensado. En estas condiciones, el motor universal tendrá características de operación similares, ya sea que funcione en CA o en CD. El devanado de compensación puede conectarse en circuito corto para que se comporte como el secundario de un transformador en corto circuito (el devanado de la armadura actúa como primario) la corriente inducida de CA en el devanado de compensación produce un flujo que se opone o “neutraliza” al de la corriente de
armadura y se dice que el motor esta inductivamente compensado. La reactancia del devanado de campo se puede mantener en un valor bajo limitando el número de vueltas. El par de arranque de un motor universal queda determinado por la corriente que fluye a través de los devanados de armadura y de campo. Debido a la reactancia inductiva de estos devanados, la corriente de arranque en CA será siempre menor que la corriente de arranque en CD (con el mismo voltaje de fuente). Por lo tanto, el par de arranque en CA será menor que en CD. El devanado de compensación tiene la función importante de reducir la reactancia general del motor, y, además desempeña la función vital de oponerse a la reacción de armadura, mejorando con esto la conmutación. Un motor universal no compensado pierde casi toda la potencia. Al mismo tiempo aumenta considerablemente el chisporroteo de las escobillas. 2
Circuito de un motor universal figura 1
Comparación de la característica par-velocidad de un motor universal cuando opera conectado a fuentes de CD y CA.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA: 1. Observando la cara delantera del módulo constatamos que el devanado principal en serie se conecta a las terminales 3 y 4, el devanado de compensación se conecta a las terminales 5 y 6. Y las escobillas están conectadas a las terminales 1 y 2. Armamos el siguiente circuito cuidado samente para determinar la posición neutral de las escobillas del motor utilizando corriente alterna. 3
2. Conectamos los devanados de armadura y compensación en serie a la salida de 0-120V
CA de la fuente de alimentación.
Se conectó la fuente de energía y se ajustó a 30V de CD. La corriente de línea que nos dio fue de 1.6 A CD. Después desconectamos todo el circuito.
3. Se armó y conecto el siguiente circuito con los módulos EMS de vatímetro y electrodinamómetro.
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A partir de este circuito le conectamos la fuente de alimentación y la ajustamos a 120V CD. Midiendo la corriente de línea, la potencia y la velocidad del motor. Observando que existe un chisporroteo muy leve en las escobillas. Los resultados se muestran en la siguiente tabla. PAR (lbf.plg) 0 3 6 9
I (amperes) 1.7 2.3 2.8 3.4
VA (Volts) 204 276 336 408
P (watts) 175 240 290 340
VELOCIDAD (r/min) 5081 3255 2130 1862
hp 0.23 0.32 0.38 0.45
Estos valores son cuando el motor funciona en vacío con corriente Alterna
Nuestra potencia aparente fue igual a 204 VA Nuestra potencia real fueron 175 Watts Potencia reactiva fue 104.83 Vars Factor de potencia fue .85 Velocidad del motor fue 5081 revoluciones por minuto
Estos valores son cuando el motor funciona a plena carga con corriente Alterna.
Nuestra potencia aparente fue igual a 408 VA 5
Nuestra potencia real fueron 340 Watts Potencia reactiva fue 225.23 Vars Factor de potencia fue .83 Velocidad del motor fue 1862 revoluciones por minuto. La potencia entregada fue de .45 hp.
4. Substituimos el amperímetro y el voltímetro de CA por medidores de CD y conectamos a la entrada y a la salida variable de CD, las terminales 7 y N de la fuente de alimentación. Armando el siguiente circuito.
A partir de este circuito le conectamos la fuente de alimentación y la ajustamos a 120V CD. Midiendo la corriente de línea, la potencia y la velocidad del motor. Observando que existe un chisporroteo muy leve en las escobillas. Los resultados se muestran en la siguiente tabla. La única diferencia respecto al procedimiento anterior es que usamos potencia de CD. Los resultados están en l siguiente tabla.
PAR (lbf.plg) 0 3
I (amperes) 1.2 2
P (watts) 155 235
VELOCIDAD (r/min) 5255 3530
hp 0.2 0.31 6
6 9
2.4 3
295 350
2669 2162
0.39 0.46
Cuando el motor funciona en vacío y con corriente Directa.
La potencia es 155 Watts. La velocidad del motor es de 5255 revoluciones por minuto.
Estos valores son cuando el motor funciona a plena carga con corriente Directa.
La potencia es de 350 Watts. La velocidad del motor es de 2162 revoluciones por minuto La potencia entregada es de .47 hp.
EL MOTOR UNIVERSAL PARTE 2
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA: 1. Armamos el siguiente circuito teniendo las misma conexiones de los devanados de armadura y compensación hechos anteriormente (Conectamos los devanados de armadura y compensación en serie a la salida de 0-120V CA de la fuente de alimentación).
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La corriente es de 1.5 Amperes en corriente directa. El par es de .02 libras fuerza por pulgada.
La conclusión es que el circuito conectado en corriente directa, tiene una corriente más elevada y en corriente alterna tiene la mitad de lo que es en corriente directa.
2. Armamos el siguiente circuito ahora en operación no compensada , eliminando el devanado de compensación conectando de nuevo el circuito.
Pusimos la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en sentido contrario a las manecillas del reloj, esto para Producir una carga mínima de arranque. Le dimos voltaje de 120 Volts en CD y aumentamos levemente la carga del dinamómetro hasta llegar al par de 3 libras por pulgada.
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La corriente es de 2.2 Amperes en corriente directa. La velocidad en Corriente Alterna es de 1806 revoluciones por minuto.
3. Armamos el siguiente circuito para que opere en corriente continua.
Pusimos la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en sentido contrario a las manecillas del reloj, esto para Producir una carga mínima de arranque. Le dimos voltaje de 120 Volts en CD y aumentamos levemente la carga del dinamómetro hasta llegar al par de 3 libras por pulgada. La corriente es de 2 Amperes en corriente directa. La velocidad en Corriente Directa es de 2807 revoluciones por minuto. El chisporroteo en las escobillas ahora es menor que en el proceso de la primera parte del motor universal.
4. Armamos el siguiente circuito ahora en compensación inductiva , operando el motor en corriente alterna.
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Conectamos de Nuevo el circuito, pusimos en corto circuito el devanado de compensación conectando un cable directamente a sus terminales, le metimos 120 Volts en Corriente Directa.
5. Ya armado le pusimos una carga al motor con un par de 9 libras fuerza por pulgada, y también medimos lo siguiente: La corriente es de 3.4 Amperes en corriente directa. La velocidad en corriente alterna es de 1862 revoluciones por minuto. El par en corriente alterna es de 1.01 newton/ metro que convertido a libras fuerza por pulgada equivale a 8.93.
6. Armamos el siguiente circuito ahora en compensación inductiva, operando el motor en corriente Directa.
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Los datos que nos arrojó este circuito fueron los siguientes: La corriente es de 1.5 Amperes en corriente directa. La velocidad en corriente Directa es de 3632 revoluciones por minuto. El par en corriente directa es de 8.93 libras fuerza por pulgada.
CONCLUSIONES/COMENTARIOS El motor universal o en serie es un motor de alta velocidad que puede operar ya sea con corriente directa o alterna. Generalmente es un motor de uso especial, a menudo empleado en taladros, aspiradoras, sierras y máquinas de coser. Estos motores tienen como ventaja un torque muy elevado de arranque, una relación de fuerza tamaño muy elevado y una rápida aceleración. La velocidad de operación de estos motores depende de la carga: no trabajan a una velocidad constante, sino según como la carga lo permita. Si no tienen carga se pueden sobre revolucionar y dañar. Con carga pesada la velocidad puede ser de unas pocas vueltas por minuto.
COMENTARIOS PARTICULARES: 11
En los motores universales la corriente pasa por el motor; fluye a través de un circuito completo que consiste en la conexión en serie de las bobinas del estator como en las bobinas del rotor. La corriente del estator llega al rotor a través de las escobillas que se asientan sobre un conmutador que lleva la corriente a las bobinas del rotor, para salir de nuevo del conmutador hacia las bobinas del estator. También la corriente del rotor es dirigida por los carbones de manera que interactúa con el campo magnético del estator para hacer que el motor gire.
BIBLIOGRAFIA: Mileaf, Harry/ Electricidad, Limusa Noriega editores, 2002, ISBN: 968-18-0973-4 Wildi Theodore, De Vito Michael, Control de Motores Industriales, Limusa Noriega editores, Novena Reimpresión. Chapman, J. Stephen, Maquinas Electricas.Mc. Graw Hill, Tercera Edicion.
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