INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Ingeniería Eléctrica Laboratorio de Conversión de la Energía I: Maquinas Eléctricas de Corriente Continua Práctica No. 2: Estudio de la máquina de corriente continúa por inspección ocular. Grupo: 4EMR Equipo No. 6 NOMBRE
NO. DE BOLETA CORREO ELECTRONICO
Padilla García Oscar Alberto
2012301620
[email protected] Frayde Pedroza Mario Enrique
2012300694
[email protected]
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Chávez Correa Sergio Octavio
2012300421
[email protected] Villalobos Fuentes Carlos A.
2012302300
[email protected]
Nombre del profesor: Javier Castro López Realización: 6/Marzo/2014
-
Entrega: 13/Marzo/2014
Calificación: _________________
PRACTICA 2 CONTENIDO
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Reporte Digital
2
Portada
BIEN
REGULAR
MEJORAR
FALTO
OBSERVACIONES
Numerada
3
Índice de Contenido
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Objetivo Dibujos Originales
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Consideraciones Teóricas Circuitos Eléctricos
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Desarrollo de la Practica
Resultados Obtenidos
Circuitos Físicos y Cuestionario
Individuales
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Conclusiones
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Bibliografía
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Hojas de Campo
Contents Objetivo ............................................................................................................................................. 4 Consideraciones teóricas ............................................................................................................... 4 Generadores de corriente continúa ......................................................................................... 4 Principio de funcionamiento ..................................................................................................... 5 Fuerza electromotriz (f.e.m.) .................................................................................................... 5 Partes de una máquina de C.C. ............................................................................................... 6 Estator ....................................................................................................................................... 6 Rotor........................................................................................................................................... 6 Descripción de las partes del Estator o inductor ................................................................. 7 Descripción de las partes del rotor o inducido ...................................................................... 8
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IEC 60085 – Clasificación térmica – aislamiento eléctrico................................................ 9 Desarrollo.......................................................................................................................................... 9 1.- Obtener los datos de la placa de la maquina .................................................................. 9 2.- Obtener las dimensiones exteriores ................................................................................ 10 3.- Observar detalles de construcción: .................................................................................. 11 4.- Hacer esquema de los siguientes puntos: ...................................................................... 12 5.- Partes mecánicas hacer dibujos y/o diagramas ............................................................ 16 Estator ......................................................................................................................................... 17 Rotor............................................................................................................................................. 18 Conmutador................................................................................................................................ 19 Análisis del devanado de armadura ..................................................................................... 19 Datos ......................................................................................................................................... 19 Tablas ........................................................................................................................................ 20 Desplegado de devanado...................................................................................................... 21 8.- Observaciones ...................................................................................................................... 21 Conclusiones................................................................................................................................... 22 Bibliografía ..................................................................................................................................... 23
Objetivo Que el alumno se familiarice con cada una de las partes constitutivas de la máquina, con los materiales de que están fabricados, la forma de montaje, lubricación etc., estado que guardan las partes componentes para deducir si la maquina está en condiciones de operación.
Consideraciones teóricas Generadores de corriente continúa Son máquinas dinamoeléctricas destinadas a transformar la energía mecánica en energía eléctrica, se les conoce también con el nombre de dinamos.
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Principio de funcionamiento El generador de C.C. (corriente continua) basa su funcionamiento en la “ley de Faraday” conocida también con el nombre de “ley de la inducción”. La Ley de Faraday establece que: “si dentro de un campo magnético, se encuentra un conductor y existe un movimiento relativo entre ellos, ya sea que el campo magnético se mueva y el conductor se quede fijo, o bien que éste sea el que se mueva y el campo magnético permanezca fijo, en cualquier caso ya mencionado se inducirá una fuerza electromotriz”. El dispositivo que crea el campo magnético (imán o electroimán) se conoce como inductor y la bobina o conductor que recibe la acción del campo magnético se le llama inducido. El campo magnético se define como: fuerza magnética que los imanes tienen para atraer partículas ferrosas, está formado por miles de líneas de fuerza magnéticas, su unidad es el weber en el sistema M.K.S. y maxwell en el sistema c.g.s., se representa por la letra griega (fi).
Fuerza electromotriz (f.e.m.) La fuerza electromotriz es la fuerza necesaria para mover electrones en un circuito, o dicho de otra forma, es la fuerza que hace que circule una corriente eléctrica en un circuito cerrado, se representa por la E, sus unidades son los volts y se abrevia f.e.m. Entre mayor número de espiras se induce una f.e.m. mayor. Así mismo, si la velocidad del movimiento relativo entre el campo magnético y la espira o bobina aumenta ocasiona que el tiempo de contacto entre ambos disminuya, originando que el valor de la f.e.m. inducida aumente. Por lo tanto el valor promedio de la f.e.m. E inducida en una bobina de N espiras que es afectada por un campo magnético en un determinado tiempo t, se determina por la siguiente ecuación, conocida por la ley de Faraday:
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( ) En donde: N es el número de espiras Es el valor promedio del campo magnético en maxwells y sin t es tiempo en segundos (-) este signo no es algebraico, solo representa la ley de Lenz (Oposición de la f.e.m. inducida a la causa que la origina).
en webers
Partes de una máquina de C.C. Las máquinas de c.c. ya sea generador o motor, están constituidas exactamente de las mismas partes, las partes más importantes son el inductor o estator y el inducido o rotor. A continuación se enuncia todas sus partes:
Estator Elementos magnéticos Yugo polar Zapata polar Polos de conmutación o interpolos Yugo del estator o culata Elementos eléctricos Devanados inductores Devanados compensadores Devanados de los interpolos Elementos mecánicos Carcaza o soporte Soportes del inducido Yugo porta escobillas Porta carbones Cojinetes Escobillas
Rotor Elementos magnéticos Laminaciones Ranuras Dientes
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Elementos eléctricos
Bobinas Conmutador Delgas o segmentos Aislamientos
Elementos mecánicos
Flecha Ventilador Muñón o gorrón del cojinete Anillo o ranuras de proyección Araña de armadura Ductos de ventilación
Descripción de las partes del Estator o inductor Carcaza.- Es el cilindro exterior de la maquina el cual junto con las tapas nos sirve para darle rigidez a todo el conjunto de la maquina generalmente se construye de hierro fundido. Yugo del estator.- Es el conjunto de laminaciones de acero al silicio lo cual nos permite evitar las corrientes de Foulcault y Heidi, y en algunas veces los polos forman una sola pieza con el yugo del estator. Polos principales.- Estos se fabrican también de laminaciones de acero al silicio y también se forma un paquete el cual se puede fijar con remaches o soldadura, este polo cuenta con un ensanchamiento el cual recibe el nombre de zapata polar y su función es distribuir en forma más uniforma las líneas de flujo magnético. Interpolos o polos auxiliares.- Estos nos sirven para corregir la reacción de armadura y se intercala entre los polos principales de la máquina y también se fabrican de acero al silicio. Devanados compensadores.- Estos se localizan en las zapatas polares y su función también es la de corregir la reacción de armadura. Tapas.- Estas junto con la carcaza nos sirven para darle rigidez a todo el conjunto de la máquina y existen 3 tipos que pueden ser cerradas, abiertas y semicerradas o semiabiertas. Rodamientos o chumaceras.- Estos se construyen de acero al silicio y pueden ser de bola, cilindro o aguja.
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Devanado de campo principal.- Este nos sirve para determinar el tipo de máquina que se tiene, sabiendo que existen tres tipos de máquinas que son: maquina serie, maquina derivada y maquina mixta o compuesta. Yugo de porta escobillas.- Este se fabrica de un material aislante ya sea baquelita o micarta y va colocado en una de las tapas del lado del conmutador; este yugo tiene unos pernos donde se colocan las portas escobillas. Porta escobillas.- Estas se fabrican de aluminio y cuenta con un fleje acelerado el cual nos sirve para que la escobilla siempre este en contacto con el conmutador. Escobillas.- Generalmente se fabrican de carbón grafitado con varios grados de dureza lo cual se debe a la velocidad de la maquina en algunas ocasiones se fabrican de carbón grafitado con filásticas de cobre y su función principal es la de llevar al exterior de la maquina la f.e.m. generada. Descripción de las partes del rotor o inducido Flecha.- Esta se construye de un acero especial coorool y cuenta con una pequeña conmucidad de milésimas de pulgada, lo cual nos sirve para sujetar líquidamente las laminaciones. Laminaciones.- Estas se fabrican de acero al silicio y cuentan con unas ranuras que nos sirve para colocar los devanados del inducido o armadura. Ranuras.- Estas pueden ser de tipo cerrado, semicerradas y abierto. Devanado de inducido o de armadura.- este nos sirve para determinar qué tipo de máquina requerimos y contamos con 3 tipos de devanados que son: Devanado imbricado Devanado ondulado Devanado anca de rana Conmutador.- Este se construye de segmentos o delgas de cobre estirado en frio y se encuentra aislado en la flecha y entre sí por medio de micas. Segmentos o delgas.- Son tiras de cobre estirado en frio y que sirven para darle forma al conmutador. Muñón.- Estas se encuentran en los extremos de la flecha y su función es la de evitar que la grasa o lubricante que le sirve a la flecha penetre a la parte interna de la máquina. Sistema de ventilación.- Existen 3 tipos: Radian Tangencial
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Abanico IEC 60085 – Clasificación térmica – aislamiento eléctrico La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI o IEC por sus siglas en inglés, International Electrotechnical Commission) es una organización de normalización en los campos eléctrico, electrónico y tecnologías relacionadas. Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO (normas ISO/IEC). Estas normas son aplicadas en toda la Unión Europea siendo nuestra maquina de el Reino Unido su clasificación de aislamiento acata la siguiente norma
De acuerdo a la norma IEC 60085 – Clasificación térmica – aislamiento eléctrico tenemos que los diferentes tipos de aislamientos son:
RTE 90-105 >105 – 120 >120 – 130 >130 – 155 >155 – 180 >180 – 200 >200 – 220 >220 – 250 >250
Clase térmica 70 90 105 120 130 155 180 200 220 250
Designación Y A E B F H
Al igual lo indica la norma británica BS EN 60085:2004 (British Standars – European Standars)
Desarrollo 1.- Obtener los datos de la placa de la maquina a) TUSCAN DIRECT CURRENT MOTORS b) Tipo: Horizontal c) N° de serie: D1474D22 d) Forma: Semicerrado e) Capacidad: 0.5 HP
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f) g) h) i)
Tensión nominal: 175 V Corriente nominal: 2.75 Amp Velocidad nominal: 1500 rpm Temperatura máxima permisible: Aislamiento tipo E – 120°C
2.- Obtener las dimensiones exteriores
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3.- Observar detalles de construcción: a) Es de fundición b) Sujeta a presión
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4.- Hacer esquema de los siguientes puntos: a) Partes mecánicas
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b) Estator
Parte fija de la máquina destinada principalmente para crear, dirigir y conducir al flujo magnético c) Rotor
Parte giratoria de la máquina destinada a el proceso de transformación de la energía eléctrica a mecánica (motores eléctricos) o de enrgía mecánica a eléctrica (generador eléctrico).
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d) Verificación del circuito eléctrico CD
e) Verificación del circuito magnético
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f) Verificación del sistema térmico
5.- Partes mecánicas hacer dibujos y/o diagramas a) Tipo de Soporte: escudo
b) Tipo de rodamientos: cilindro con lubricación a presión 4.74cm
1.30cm
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c) Diámetro y longitud de flecha: 33.5cm, 1.28cm 1.27cm
d) Tipo de acoplamiento de la flecha: por banda
Estator (hacer diagramas físicos)
A) a) Construcción: La mayoría de las partes esta construido de hierro colado, cobre y acero al silicio. b) Estado en el que se encuentra: Por falta de piezas como las escobillas la maquina no puede operar c) Cuantos grupos de escobillas hay: Hay 2 d) Material del yugo de porta escobillas: De resortes
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B) a) b) c) d) e) f) g)
Entrehierro: 1.15mm Son laminados los polos Forman las zapatas polares una sola pieza en el polo No tiene polos de conmutación ni interpolos Hay devanados en las zapatas polares: No El yugo polar es: laminado Son las bobinas prefabricadas o están devanadas sobre los polos: No tiene
Rotor (hacer diagrama físico proyección isométrica)
El elemento situado en el centro es la parte del motor que genera el movimiento. Se la llama armadura o rotor, y consiste en un electroimán que puede girar libremente entorno a un eje. Dicho rotor está rodeado por un imán permanente, cuyo campo magnético permanece fijo.
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El electroimán recibe la corriente a través del contacto establecido entre las escobillas y el conmutador. Las escobillas permanecen fijas, mientras que el conmutador puede girar libremente entre ellas siguiendo el movimiento del rotor. Conmutador a) b) c) d) e) f) g) h) i) j)
Diámetro polar: 7.8 cm 1.9 cm y 0.25 cm de cobre estirado Diámetro del conmutador: 4.7 cm Diámetro del inducido: 8.1 cm Delgas del conmutador: 48 Núcleo de la armadura: laminaciones Tipo de inducido: tambor Tiene ductos de ventilación: radial Tiene abanico para forzar ventilación: si Ranuras del rotor y dimensiones: 16 ranuras, 16 dientes 1.2 cm entre cada diente y entre ranura 0.4 cm k) Qué tipo de ranuras tiene: semicerradas cuadradas l) Dispone el inducido de cinchos de sujeción: dispone de 2 cinchos de sujeción. m) Cuantas conexiones llegan a los segmentos: 2 conexiones por segmento. Análisis del devanado de armadura
Datos Devanado Imbricado Múltiple
( )
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( )
(
)
Tablas Delga inicial 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 2 5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44
Costado Inicial Final 1 50 7 56 13 62 19 68 25 74 31 80 37 86 43 92 49 2 55 8 61 14 67 20 73 26 79 32 85 38 91 44 3 9 15 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87
52 58 64 70 76 82 88 94 4 10 16 22 28 34 40
Delga final 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 1 5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47
20
47
93
46
2
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48
4 10 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 88 94
53 59 65 71 77 83 89 95 5 11 17 23 29 35 41 47
6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 3
Desplegado de devanado
Diagrama desplegado del devanado
8.- Observaciones No cuenta con todas sus partes y es muy difícil saber el material tipo de elementos que tiene y hacer las respectivas mediciones
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No tiene escobillas No tiene porta escobillas Falta el devanado Las partes de la maquina están muy gastadas Una de las tapas está rota No se pueden hacer las escobillas y porta escobillas ya que no cuenta con ellas
Conclusiones
Frayde Pedroza Mario Enrique En esta práctica, pude observar las partes que conforman el motor, armamos el motor ya que estaba desarmado, localizamos las partes y tomamos medidas de las partes de este, como el estator y rotor. Hicimos los dibujos a escala para la práctica y posteriormente hacer el reporte, al armar la máquina que se nos facilitó, localizamos el rotor y el estator. Son máquinas eléctricas rotatorias, Algunos motores eléctricos son reversibles (a excepción de los motores de laboratorio), ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Chávez Correa Sergio Octavio En esta práctica desarmamos una maquina de corriente continua para ubicar las partes que la constituyen como son los elementos magnéticos, eléctricos y mecánicos. Tomamos las medidas de cada elemento como el estator, el yugo, la zapata, el rotor (No. De delgas, dientes ranuras). También definimos que tipo de maquina es dependiendo de las tapas, si son de araña o escudo, o que tipo de cojinetes utiliza, si tiene o no devanados de compensación. Padilla García Oscar Alberto Para dicha práctica se desarmo una máquina para poder identificar sus componentes y dimensionarla, así comprobando algunos conceptos manejados en clase para la localización de estos, dando como resultado la correcta verificación de estos y la localización de diversos componentes que le hacían falta a la maquina, ya que sin estos conceptos indispensables no podríamos a ver realizado dichas identificaciones. Villalobos Fuentes Carlos Arístides En esta práctica analizamos, tocamos y medimos todas las partes de una máquina de CC. Gracias a esto podremos identificar las partes de la máquina no solo por su definición teórica, sino que visualmente podremos identificar que parte de la maquina estamos viendo. Gracias a este análisis pudimos entender un poco más del diseño de las máquinas eléctricas. Esta práctica es necesaria para familiarizarse con todas las
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maquinas rotatorias y poder identificar características especiales de los componentes. Se cumplió con el objetivo de la práctica con excepción del análisis de los porta escobillas y escobillas. Bibliografía
“Análisis de Circuitos: Teoría y Practica”, Allan H. Robbins, Wilhelm C. Miller, Editorial CENGAGE Learning, cuarta edición, México, 2008 “Fundamentos de control de motores eléctricos en la industria”, Enriquez Harper, Editorial Limusa, 2004, Mexico D.F. “Instalaciones Eléctricas Básicas” , Linda Ball, Kevin Haas, Creative Publishing, 2002 “Electrical insulation — Thermal classification. (n.d.). British Standard. Retrieved March 13, 2014, from http://www.dlqyw.net/down/soft/%E6%A0%87%E5%87%86%E5%85%B1%E4%BA%A B/%E5%9B%BD%E9%99%85%E6%A0%87%E5%87%86/BS%20EN%20600852004%20%E7%94%B5%E6%B0%94%E7%BB%9D%E7%BC%98%20%E8%80%90%E 7%83%AD%E6%80%A7%E5%88%86%E7%B1%BB.pdf “
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