Práctica 2 de Máquinas Eléctricas

PRÁCTICA 2

DINAMO-FRENOENSAYO DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA CON DINAMO-

FRENO

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Práctica 2 de Máquinas Eléctricas

1.- OBJETO DE LA PRÁCTICA

En toda máquina eléctrica rotativa (motor o generador) se necesita conocer su tensión, potencia, velocidad, par motor o par resistente y su rendimiento para distintas cargas.

En la placa de características se indica la tensión, potencia y velocidad para el funcionamiento en las condiciones nominales o asignadas, para otras condiciones de funcionamiento el fabricante nos proporcionará los datos en forma de curvas.

Si se trata de un prototipo o de una máquina de la que se carece de información, será necesario determinar los valores antes mencionados mediante ensayo.

La dinamo-freno nos permite obtener el par desarrollado por el eje del motor a ensayar, no necesariamente eléctrico, y conocido este determinar la potencia útil y el rendimiento.

2.- DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LA DINAMO-FRENO

La dinamo-freno presenta dos diferencias fundamentales respecto a la dinamo utilizada en las prácticas anteriores:

El sistema inductor no se encuentra unido a la bancada sino que puede girar sobre el eje de la máquina un cierto ángulo.

En la carcasa del inductor se disponen unos brazos, formados por dos barras, en cuyos extremos cuelgan unos platillos para colocar pesas.

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La representación esquemática de su inducido es:

El circuito siguiente muestra una dinamo-freno con excitación compuesta, configuración corta, acoplada al eje de un motor de corriente continua del cual queremos medir el par que está desarrollando.

La potencia mecánica entregada por el eje del motor se transformará en la dinamo-freno en:

Potencia eléctrica suministrada al reóstato de carga y en pérdidas por efecto joule en los devanados de la máquina.

Potencia de pérdidas en el hierro, por histéresis y por corrientes de Foucault en el circuito magnético.

Potencia de pérdidas mecánicas, por rozamientos en rodamientos y escobillas y en ventilación de la máquina.

Por tanto, igualando la potencia mecánica del motor con las anteriores:

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D-F

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Dividiendo por la velocidad angular “ω” obtenemos el par:

El par electromagnético o interno “Tel” será el más importante.

Todos los pares del segundo miembro, excepto el de ventilación, tienden a hacer girar la carcasa en el mismo sentido que el rotor, por tanto, son equilibrados por el par producido por las pesas. El par de ventilación tiene un valor muy pequeño, por lo que podemos escribir:

Donde:

T es el par desarrollado por el eje del motor a ensayar. Q es el peso en gramos necesario para equilibrar el brazo de la dinamo-freno. L es la longitud en metros del brazo de la dinamo-freno.

3.- DETERMINACIÓN DEL PAR, LA POTENCIA Y EL RENDIMIENTO DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA.

3-1.-MONTAJE EXPERIMENTAL

3.2.-PROCESO EXPERIMENTAL

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Se arrancó el motor de corriente continua aplicando su tensión nominal o asignada que en este caso fue de 220V.

La primera medida se realizó con el eje del motor y el eje de la dinamo-freno desacoplados ya que para obtener las medidas de vacío era necesario que el eje del motor no tuviera asignada carga mecánica alguna. Para tomar las medidas de vacío, en la práctica se tomaron los datos desconectando el terminal “AG” de la dinamo-freno, de este modo el par electromagnético y el par de pérdidas en el hierro eran nulos, quedando todavía los pares de rozamientos y el de ventilación. Estos últimos tenían un valor pequeño cuando los comparamos con los pares mecánicos.

En las condiciones anteriores se midió:

o La intensidad consumida por el motor “I´0“.o La velocidad de giro del motor “n” mediante el tacómetro.o El peso “Q” necesario para equilibrar los brazos de la dinamo-freno.

Determinamos:

o El par desarrollado por el eje del motor:

o La potencia eléctrica “P1” consumida por el motor:

o La potencia útil o potencia mecánica en el eje del motor:

o El rendimiento en %:

Conectamos el punto “AG” de la dinamo-freno y variando el reóstato de carga o el de excitación obtuvimos los distintos puntos de funcionamiento del motor para rellenar la tabla siguiente. Al variar el reóstato de carga variaba la intensidad suministrada por la dinamo-freno y por tanto, variaba también la potencia eléctrica suministrada a la carga por ésta y la potencia mecánica pedida al eje del motor. Lo mismo sucedió cuando variamos el reóstato de excitación, en cuyo caso se jugaba con la variación de la f.e.m. y de la tensión de la dinamo-freno.

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I (A) n (rpm) Q (g) T (N.m) P1 (W) P2 (W) η(%)I₀ (vacío) V= 220V

0,5 1400 45 0,13 110 19,05 17,31 1222 380 1,11 220 142,04 64,54

1,2 1175 495 1,45 264 178,41 67,421,4 1128 615 1,81 308 213,8 69,151,6 1080 475 2,19 352 247,68 70,171,8 1036 875 2,57 396 278,81 70,2

In=1,95 1008 975 2,86 429 301,9 70,42 1000 1000 2,94 440 307,9 69,77

Con los valores obtenidos podemos trazar las curvas de par, velocidad, potencia útil y rendimiento del motor en función de la intensidad absorbida de la red.

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I

nηP2T

InI´0

n

η

P2

T

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Teniendo en cuenta que las ecuaciones del par y de la potencia útil son las de una recta, si extrapolamos en la gráfica hasta que corten al eje de abcisas, este punto corresponderá al valor real de la intensidad de vacío.

4.- CONCLUSIONES E INCIDENCIAS

4.1. CONCLUSIONES:

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El resultado final para el cálculo de I₀ (vacío) resulta ser igual a cero amperios ya que para que las rectas coincidan en y=0 es condición necesaria en las rectas del par y de la potencia útil que x=0. Algo me hace pensar que no debería ser cero dicha intensidad si no que debería estar entre 0 y 0.5A. aunque por otro lado pienso que en ambos casos la x ha de tomar valores idénticos para que y=0, por lo tanto las medidas tomadas han debido de ser buenas.

En cuanto a la gráfica del rendimiento esperaba encontrar una parábola más clara, en cualquier caso se aprecia que el rendimiento crece muy rápidamente, se estabiliza entre el 65% y el 70% y después comienza a bajar. Deduzco que al ser 2 A el límite de la intensidad admitida por el motor, a partir de dicha intensidad el rendimiento caería de forma muy abrupta formando de esta forma una parábola mejor definida.

4.2. INCIDENCIAS:

La única incidencia que cabe resaltar es que no tengo apuntado el voltaje que fue suministrado al motor en el momento de la toma de datos, como si que recuerdo que el voltaje nominal del motor es de 220-230 V pues he supuesto una diferencia de potencial de 220 V suministrada. El haber tomado 220 V influye únicamente en la gráfica del rendimiento la cual considero que habría salido muy parecida (en forma para 230 V) a la que ha salido al tomar 220 V nominales.

Adjunto la gráfica del rendimiento para una diferencia de potencial de 230 V en la fuente. Como puede apreciarse, la gráfica es casi idéntica a la obtenida para 220 V. Ya que en este caso he realizado las dos gráficas, me gustaría señalar que el rendimiento ha sido mayor para un voltaje de entrada de 220 V, concretamente un 3% mayor.

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