Principios básicos de los motores de corriente alterna

Transcripción

1 I Principios básicos de los motores de corriente alterna Manual de trabajo Con CD-ROM L1 N PE U1 C B C A U2 n M 1 Z2 Z1 P2 n /min n=f[ M] W A P2 =f[ M] I=f[ M] Nm 1.2 M Festo Didactic es

2 Referencia: Datos actualizados en: 06/2011 Autores: Jürgen Stumpp Redacción: Frank Ebel Diseño gráfico: Jürgen Stumpp, Thomas Ocker Maquetación: 08/2011, Frank Ebel, Susanne Durz Festo Didactic GmbH & Co. KG, D Denkendorf, 2013 Internet: El comprador adquiere un derecho de utilización limitado sencillo, no excluyente, sin limitación en el tiempo, aunque limitado geográficamente a la utilización en su lugar / su sede. El comprador tiene el derecho de utilizar el contenido de la obra con fines de capacitación de los empleados de su empresa, así como el derecho de copiar partes del contenido con el propósito de crear material didáctico propio a utilizar durante los cursos de capacitación de sus empleados localmente en su propia empresa, aunque siempre indicando la fuente. En el caso de escuelas / universidades y centros de formación profesional, el derecho de utilización aquí definido también se aplica a los escolares, participantes en cursos y estudiantes de la institución receptora. En todos los casos se excluye el derecho de publicación, así como la inclusión y utilización en Intranet e Internet o en plataformas LMS y bases de datos (por ejemplo, Moodle), que permitirían el acceso a una cantidad no definida de usuarios que no pertenecen al lugar del comprador. Los derechos de entrega a terceros, multicopiado, procesamiento, traducción, microfilmación, traslado, inclusión en otros documentos y procesamiento por medios electrónicos requieren de la autorización previa y explícita de Festo Didactic GmbH & Co. KG.

3 Índice Utilización debida y convenida V Prólogo VI Introducción VIII Indicaciones de seguridad y utilización IX Equipo didácitco "Principios básicos de los motores de corriente alterna" X Objetivos didácticos XI Atribución de los ejercicios en función de objetivos didácticos XIII Componentes XV Informaciones para el instructor XVII Estructura de los ejercicios XVIII Denominación de los componentes XVIII Contenido del CD-ROM XIX Ejercicios y soluciones Motores de corriente alterna 3 Ejercicio 1: Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 5 Ejercicio 2: Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) sometido a diversas 13 Ejercicio 3: Motor monofásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software 23 Motores de corriente continua y motores monofásicos de corriente alterna 37 Ejercicio 4: Principios básicos del motor universal 39 Ejercicio 5: Motor universal sometido a diversas cargas 45 Ejercicio 6: Motor universal sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab 53 Festo Didactic GmbH & Co. KG III

4 Ejercicios y hojas de trabajo Motores de corriente alterna 3 Ejercicio 1: Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 5 Ejercicio 2: Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) sometido a diversas cargas 13 Ejercicio 3: Motor monofásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software 23 Motores de corriente continua, motores monofásicos de corriente alterna 37 Ejercicio 4: Principios básicos del motor universal 39 Ejercicio 5: Motor universal sometido a diversas cargas 45 Ejercicio 6: Motor universal sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab 53 IV Festo Didactic GmbH & Co. KG

5 Uso apropiado El equipo didáctico "Principios básicos de motores de corriente alterna" deberá utilizarse únicamente cumpliendo las siguientes condiciones: Utilización apropiada y convenida en cursos de formación y perfeccionamiento profesional Utilización en perfecto estado técnico Los componentes del conjunto didáctico cuentan con la tecnología más avanzada actualmente disponible y cumplen las normas de seguridad. A pesar de ello, si se utilizan indebidamente, es posible que surjan peligros que pueden afectar al usuario o a terceros o, también, provocar daños en el sistema. El sistema para la enseñanza de Festo Didactic ha sido concebido exclusivamente para la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de sistemas y técnicas de automatización industrial. La empresa u organismo encargados de impartir las clases y/o los instructores deben velar por que los estudiantes/aprendices respeten las indicaciones de seguridad que se describen en el presente manual. Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por lesiones sufridas por el instructor, por la empresa u organismo que ofrece los cursos y/o por terceros, si la utilización del presente conjunto de aparatos se realiza con propósitos que no son de instrucción, a menos que Festo Didactic haya ocasionado dichos daños premeditadamente o de manera culposa. Festo Didactic GmbH & Co. KG V

6 Prólogo El sistema de enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo se rige por diversos planes de estudios y exigencias que plantean las profesiones correspondientes. En consecuencia, los equipos didácticos están clasificado según los siguientes criterios: Conjuntos didácticos de orientación tecnológica Mecatrónica y automatización de procesos de fabricación Automatización de procesos continuos y técnica de regulación Robótica móvil Equipos didácticos híbridos El sistema para enseñanza de la técnica de automatización se actualiza y amplía regularmente, a la par que avanzan los métodos utilizados en el sector didáctico y se introducen nuevas tecnologías en el sector industrial. Los equipos didácticos técnicos abordan los siguientes temas: neumática, electroneumática, hidráulica, electrohidráulica, hidráulica proporcional, controles lógicos programables, sensores, electrotecnia, electrónica y actuadores eléctricos. Los equipos didácticos tienen una estructura modular, por lo que es posible dedicarse a aplicaciones que rebasan lo previsto por cada uno de los equipos didácticos individuales. Por ejemplo, es posible trabajar con controles lógicos programables para actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos. VI Festo Didactic GmbH & Co. KG

7 Todos los conjuntos didácticos incluyen lo siguiente: Hardware (equipos técnicos) Material didáctico Seminarios Hardware (equipos técnicos) El hardware incluye componentes y equipos industriales que han sido adaptados para fines didácticos. La selección de componentes de los equipos didácticos y su ejecución se realiza específicamente según los proyectos previstos para cada nivel. Material didáctico Los medios relacionados con cada tema se clasifican en teachware (material didáctico) y software. El «teachware» orientado hacia la práctica, incluye lo siguiente: Libros técnicos y libros de enseñanza (publicaciones estándar para la adquisición de conocimientos de carácter fundamental). Manuales de trabajo (con ejercicios prácticos, informaciones complementarias y soluciones modelo) Diccionarios, manuales, publicaciones técnicas (profundizan los temas técnicos) Transparencias para proyección y vídeos (para crear un entorno de estudio ilustrativo y activo) Pósters (para la representación esquematizada de temas técnicos) El software incluye programas para las siguientes aplicaciones: Programas didácticos digitales (temas de estudio preparados didácticamente, aprovechando diversos medios digitalizados) Software de simulación Software de visualización Software para la captación de datos de medición Software para diseño de proyectos y construcción Software de programación para controles lógicos programables Los medios de estudio y enseñanza se ofrecen en varios idiomas. Fueron concebidos para la utilización en clase, aunque también son apropiados para el estudio autodidacta. Seminarios Los contenidos que se abordan mediante los equipos didácticos se completan mediante una amplia oferta de seminarios para la formación y el perfeccionamiento profesional. Tiene alguna sugerencia o desea expresar una crítica en relación con el presente manual? Envíe un a: did@de.festo.com Los autores y Festo Didactic están interesados en conocer su opinión. Festo Didactic GmbH & Co. KG VII

8 Introducción El presente manual de trabajo forma parte del sistema para la enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo Didactic GmbH & Co. KG. El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamiento profesional de carácter práctico. El equipo didáctico TP 1410 "Sistema de servomotor y freno" aborda los siguientes temas: Principios básicos de los motores de corriente continua Principios básicos de los motores de corriente alterna Principios básicos de los motores trifásicos El manual de trabajo "Principios básicos de motores de corriente alterna" ofrece una introducción al tema de los motores eléctricos con conexión a corriente alterna. Los motores de corriente alterna están muy presentes en nuestra vida cotidiana, ya que se utilizan en grandes cantidades en electrodomésticos y en herramientas de mano eléctricas. Se explican la construcción, las conexiones y las aplicaciones de estos motores. Los motores se exponen a situaciones muy diferentes de carga para explotar al máximo sus posibilidades de experimentación. Para el montaje deben cumplirse las siguientes condiciones técnicas: Un puesto de laboratorio equipado con un bastidor A4 El conjunto didáctico TP 1410 con sistema de servomotor y freno Conexión a la red de 230 V AC Un motor universal Un motor monofásico con condensador Componentes para el accionamiento de las máquinas eléctricas Cables de seguridad de laboratorio Para solucionar las tareas de los 6 ejercicios se necesitan los componentes indluidos en el conjunto TP 1410 y los motores de corriente alterna. La teoría necesaria para entender los ejercicios consta en el manual titulado "Teoría para profesiones del sector eléctrico" (referencia ). Además, se ofrecen hojas de datos correspondientes a todos los componentes (motor universal, motor con condensador, etc.). VIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

9 Indicaciones de seguridad y utilización Informaciones generales Los estudiantes únicamente podrán trabajar con los equipos en presencia de un instructor. Lea detenidamente las hojas de datos correspondientes a cada uno de los componentes y respete especialmente las respectivas indicaciones de seguridad. Los fallos que podrían mermar la seguridad no deberán ocasionarse durante las clases y deberán eliminarse de inmediato. Parte mecánica Incluya todos los componentes necesarios en el bastidor A4. Respete las indicaciones sobre el posicionamiento de los componentes. Parte eléctrica Poner en funcionamiento el sistema de servomotor y freno únicamente con un cable adicional de seguridad adicional. Output L1 DC+ L2 L3/N DC- Input PE PE El termostato del motor siempre deberá conectarse a la entrada "Motor " del banco de pruebas. Las conexiones eléctricas únicamente deberán conectarse y desconectarse sin tensión. Utilizar únicamente cables eléctricos provistos de conectores de seguridad. Al desconectar los cables, tire únicamente de los conectores de seguridad, nunca de los cables. Festo Didactic GmbH & Co. KG IX

10 Equipo didácitco "Principios básicos de los motores de corriente alterna" Esta parte del conjunto didáctico TP 1410 fue concebido para ofrecer informaciones sobre los fundamentos de motores de corriente alterna. Algunos componentes del equipo didáctico TP 1410 también pueden formar parte del contenido de otros equipos didácticos. Componentes principales del TP 1410 Puesto de trabajo fijo con bastidor A4 Conjuntos de componentes o componentes individuales (motor universal, motor con condensdor) Cables de laboratorio de seguridad Instalaciones de laboratorio completas Material didáctico El material didáctico del equipo didáctico TP 1410 incluye tres manuales de trabajo. Los manuales de trabajo incluyen las hojas de ejercicios, las soluciones y un CD-ROM. Cada manual de trabajo se entrega con las hojas de ejercicios y de trabajo correspondientes a cada tarea a resolver. El equipo didáctico se entrega con hojas de datos correspondientes a los componentes del hardware. Material didáctico Manuales de trabajo Fundamentos de motores de corriente continua Fundamentos de motores de corriente alterna Fundamentos de motores trifásicos Programas de estudio digitalizados WBT (curso a través de la red) motores eléctricos 1 WBT (curso a través de la red) motores eléctricos 2 Cuadro general de los medios correspondientes al equipo didáctico TP 1410 Software didáctico correspondiente al conjunto TP 1410: programas de estudio "Motores eléctricos 1" y "Motores eléctricos 2". Estos programas didácticos ofrecen explicaciones exhaustivas sobre los fundamentos de los motores eléctricos. Los contenidos didácticos abordan estos temas de modo sistemático y recurriendo a ejemplos reales. Los materiales didácticos disponibles constan en los catálogos y en Internet. Los equipos didácticos de la tecnología de la automatización industrial se actualizan y amplían constantemente. Los juegos de transparencias, las películas, los CD-ROM y DVD, los programas y otros medios didácticos se ofrecen en diversos idiomas. X Festo Didactic GmbH & Co. KG

11 Objetivos didácticos Principios básicos del funcionamiento de motores monofásicos de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) El estudiante conocerá básicamente el funcionamiento de los motores con condensador. El estudiante conocerá la placa base de conexiones del motor con todas sus denominaciones. El estudiante conocerá los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento. El estudiante conocerá las conexiones a efectuar en el reglón de bornes para giro horario y antihorario del motor. El estudiante conocerá las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. El estudiante sabrá cómo controlar el rendimiento característico efectuando mediciones y cálculos con el motor en funcionamiento sin carga y con carga nominal. El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante sabrá cómo confeccionar el circuito de medición necesario para medir las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas. El estudiante sabrá efectuar los cálculos necesarios para obtener los valores que faltan en la tabla correspondiente. El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá realizar los cálculos necesarios para obtener los valores correspondientes a la potencia reactiva, al grado de eficiencia y al factor de potencia. El estudiante podrá confeccionar un diagrama recurriendo a los valores calculados. El estudiante podrá evaluar el diagrama. Festo Didactic GmbH & Co. KG XI

12 Principios básicos de los motores de corriente alterna Motor universal El estudiante podrá explicar qué es un motor universal. El estudiante sabrá lo que son las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del induct or de un motor universal. El estudiante podrá evaluar los valores de resistencia del inducido y del inductor. El estudiante conocerá el problema que tiene el motor universal al funcionar sin carga. El estudiante conocerá la construcción del inducido de un motor universal. El estudiante conocerá la forma de invertir el sentido de giro de un motor universal. El estudiante conocerá la forma de modificar la velocidad de giro de un motor universal. El estudiante podrá ofrecer ejemplos de aplicaciones de motores universales. El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante conocerá el el significado de los valores que aparecen en la placa de identificación de un motor eléctrico. El estudiante sabrá cómo confeccionar el circuito de medición necesario para medir las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas. El estudiante podrá efectuar los cálculos necesarios para obtener los valores que faltan en la tabla correspondiente. El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. Utilización del sistema de servomotor y freno y del software DriveLab El estudiante sabrá utilizar el sistema de servomotor y freno y el software DriveLab. El estudiante sabrá cómo conectar y poner en funcionamiento los motores con el sistema de servomotor y freno y el software DriveLab. El estudiante conocerá la interfaz de usuario del software DriveLab. El estudiante sabrá seleccionar y modificar las magnitudes de medición en los ejes X e Y. El estudiante sabrá cómo modificar el color y el estilo de las curvas de medición. El estudiante sabrá cómo ajustar la velocidad de giro y el momento de giro desde el ordenador. El estudiante sabrá como preparar e iniciar un proceso de medición desde el ordenador. Utilizando el ordenador, el estudiante sabrá cómo obtener las líneas características del motor sometido a carga y podrá confeccionar la documentación correspondiente. XII Festo Didactic GmbH & Co. KG

13 Atribución de ejercicios en función de objetivos didácticos Objetivo didáctico Ejercicio El estudiante conocerá básicamente el funcionamiento de los motores con condensador. El estudiante conocerá la placa base de conexiones del motor con todas sus denominaciones. El estudiante conocerá los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento. El estudiante conocerá las conexiones a efectuar en el reglón de bornes para giro horario y antihorario del motor. El estudiante conocerá las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. El estudiante sabrá cómo controlar el rendimiento característico efectuando mediciones y cálculos con el motor en funcionamiento sin carga y con carga nominal. El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante sabrá cómo confeccionar el circuito de medición necesario para medir las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas. El estudiante sabrá efectuar los cálculos necesarios para obtener los valores que faltan en la tabla correspondiente. El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá realizar los cálculos necesarios para obtener los valores correspondientes a la potencia reactiva, al grado de eficiencia y al factor de potencia. El estudiante podrá confeccionar un diagrama recurriendo a los valores calculados. El estudiante podrá evaluar el diagrama. El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante podrá conectar y poner en funcionamiento el motor con condensador utilizando el banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante podrá conectar y poner en funcionamiento el motor universal utilizando el banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante conocerá la interfaz de usuario del software de programación DriveLab. El estudiante sabrá seleccionar y modificar las magnitudes de medición en los ejes X e Y. El estudiante sabrá cómo modificar el color y el estilo de las curvas de medición. El estudiante sabrá cómo ajustar la velocidad de giro y el momento de giro desde el ordenador. El estudiante sabrá como preparar e iniciar un proceso de medición desde el ordenador. El estudiante sabrá cómo incluir un motor nuevo en la biblioteca de motores. Utilizando el ordenador, el estudiante sabrá cómo obtener las líneas características del motor sometido a carga y podrá confeccionar la documentación correspondiente. Festo Didactic GmbH & Co. KG XIII

14 Ejercicio Objetivo didáctico El estudiante podrá explicar qué es un motor universal. El estudiante sabrá lo que son las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del inductor de un motor universal. El estudiante podrá evaluar los valores de resistencia del inducido y del inductor. El estudiante conocerá el problema que tiene el motor universal al funcionar sin carga. El estudiante conocerá la construcción del inducido de un motor universal. El estudiante conocerá la forma de invertir el sentido de giro de un motor universal. El estudiante conocerá la forma de modificar la velocidad de giro de un motor universal. El estudiante podrá ofrecer ejemplos de aplicaciones de motores universales. El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante conocerá el el significado de los valores que aparecen en la placa de identificación de un motor eléctrico. El estudiante sabrá cómo confeccionar el circuito de medición necesario para medir las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá poner en funcionamiento el motor eléctrico aplicando diversas cargas. El estudiante podrá efectuar los cálculos necesarios para obtener los valores que faltan en la tabla correspondiente. El estudiante podrá confeccionar un diagrama con las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. El estudiante podrá evaluar las líneas características del funcionamiento del motor sometido a carga. XIV Festo Didactic GmbH & Co. KG

15 Componentes Utilizando los componentes contenidos en el equipo didáctico "Principios básicos de motores eléctricos de corriente alterna" el estudiante adquiere conocimientos sobre la construcción, las conexiones y las aplicciones de motores de corriente alterna. Para que los circuitos funcionen, se necesita adicionalmente el puesto de trabajo de laboratorio (opcionalmente con bastidor A4), el conjunto didáctico TP 1410 "Sistema de servomotor y freno", una conexión a corriente alterna de 230 V y los sistemas de accionamiento de las máquinas eléctricas. Equipo didáctico TP 1410 "Sistema de servomotor y freno" Componente Referencia Cantidad Sistema de servomotor y freno Máquinas eléctricas "Principios básicos de los motores de corriente alterna" Componente Referencia Cantidad Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) Motor universal Sistemas de accionamiento de máquinas eléctricas Componente Referencia Cantidad Alimentación de corriente trifásica para EduTrainer Fuente de alimentación de 24 V para Edutrainer Tablero de contactores, EduTrainer Juego de contactores (técnica de motores) Unidad de control e indicación, EduTrainer Festo Didactic GmbH & Co. KG XV

16 Símbolos de los componentes Componente Símbolo gráfico Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) M 1 Motor universal M XVI Festo Didactic GmbH & Co. KG

17 Informaciones para el instructor Objetivos didácticos La meta didáctica general del presente manual de trabajo consiste en que el estudiante conozca los principios básicos del funcionamiento de motores eléctricos de corriente alterna. La interacción directa entre la teoría y la práctica segura un rápido y sostenible progreso de los estudios. Los objetivos detallados constan en la lista anterior correspondiente. Los objetivos didácticos concretos e individuales están relacionados con cada ejercicios específico. Duración aproximada El tiempo necesario para desarrollar los ejercicios depende de los conocimientos previos de los alumnos. Con aprendices/estudiantes del sector de electricidad: aprox. 3 días. Con operarios con nivel de capacitación de oficiales o estudiantes de mayor nivel: aprox. 1 día. Componentes El contenido del manual de trabajo y los componentes se corresponden. Para solucionar las tareas de los ejercicios 1 hasta 3 se necesita un motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador). Para solucionar las tareas 4 hasta 6 se necesita un motor universal. Las normas En el presente manual de trabajo se aplican las siguientes normas: EN hasta EN : Símbolos gráficos para esquemas de distribución EN : Sistemas industriales, equipos, máquinas y productos industriales; principios de estructuración e identificaciones de referencia Identificaciones utilizadas en el manual de trabajo Los textos con las soluciones y las informaciones complementarias en las representaciones gráficas aparecen en color rojo. Identificaciones utilizadas en la colección de ejercicios Las partes que deben completarse en los textos aparecen marcadas con líneas o con celdas sombreadas en las tablas. Las gráficas que deben completarse están identificadas mediante un fondo matricial. Sugerencias para las clases Aquí se ofrecen informaciones adicionales sobre cada componente y circuito. Estas informaciones no aparecen en las hojas de trabajo. Especialidades de estudio A continuación se establece una relación entre las especialidades técnicas / profesiones y los temas incluidos en el manual "Principios básicos de motores eléctricos de corriente alterna". Festo Didactic GmbH & Co. KG XVII

18 Profesión Electrónico especializado en técnicas de automatización Tema Analizar sistemas electrotécnicos y comprobar las funciones Analizar y adaptar sistemas de control Analizar equipos y comprobar su seguridad Mecatrónico Instalar aparatos eléctricos considerando aspectos de seguridad Analizar flujos de energía y transmisión de datos en módulos eléctricos, neumáticos e hidráulicos Crear sistemas parciales de mecatrónica Poner en funcionamiento, localizar de fallos y realizar reparaciones Estructura de los ejercicios La estructura metódica es la misma para todos los 6 ejercicios. Los ejercicios están estructurados de la siguiente manera: Título Objetivos didácticos Descripción de la tarea a resolver Esquema de situación Finalidad del proyecto Medios auxiliares Hojas de ejercicios El manual de trabajo contiene las soluciones de las tareas incluidas en las hojas de trabajo. Denominación de los componentes La denominación de los componentes incluidos en los esquemas se ha establecido conforme a la norma DIN EN Dependiendo del componente específico, se agregan letras de identificación. Si un circuito incluye varios componentes iguales, éstos están numerados correlativamente. Relés: K, K1, K2, Pulsadores y conmutadores: S, S1, S2, Contactores: Q, Q1, Q2, Fusibles: F, F1, F2,... Equipos de señales: P, P1, P2,... XVIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

19 Contenido del CD-ROM El manual de trabajo está incluido en el CD-ROM adjunto en forma de archivo de formato pdf. El CD-ROM del presente equipo didáctico incluye material didáctico complementario. Estructura del contenido del CD-ROM: Instrucciones de utilización Imágenes Hojas de datos Instrucciones de utilización Instrucciones para la utilización apropiada de los diversos componentes incluidos en el equipo didáctico. Estas instrucciones son útiles al efectuar el montaje y poner en funcionamiento los componentes respectivos. Imágenes Mediante fotografías y representaciones gráficas se muestran aplicaciones industriales reales. Estas imágenes pueden aprovecharse para entender mejor la tarea a resolver en cada ejercicio. Además, pueden utilizarse para ampliar y completar la presentación de proyectos. Hojas de datos Las hojas de datos de los componentes constan en archivos de formato PDF. Festo Didactic GmbH & Co. KG XIX

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21 Índice Ejercicios y soluciones Motores de corriente alterna 3 Ejercicio 1: Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 5 Ejercicio 2: Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) sometido a diversas cargas 13 Ejercicio 3: Motor monofásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software 23 Motores de corriente continua, motores monofásicos de corriente alterna 37 Ejercicio 4 Principios básicos del motor universal 39 Ejercicio 5: Motor universal sometido a diversas cargas 45 Ejercicio 6: Motor universal sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab 53 Festo Didactic GmbH & Co. KG

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23 Motores de corriente alterna Festo Didactic GmbH & Co. KG

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25 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) Objetivos didácticos Una vez realizado este ejercicio, el estudiante habrá alcanzado las siguientes metas didácticas: El estudiante conocerá básicamente el funcionamiento de los motores con condensador. El estudiante conocerá la placa base de conexiones del motor con todas sus denominaciones. El estudiante conocerá los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento. El estudiante conocerá las conexiones a efectuar en el reglón de bornes para giro horario y antihorario del motor. El estudiante conocerá las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. El estudiante sabrá cómo controlar el rendimiento característico efectuando mediciones y cálculos con el motor en funcionamiento sin carga y con carga nominal. Descripción de la tarea a resolver Para el funcionamiento de un compresor de aire se dispone únicamente de tensión monofásica alterna de 230 V (L1 y N). Considerando que el compresor será difícil de poner en funcionamiento, se utilizará un motor eléctrico con condensador de arranque y condensador de funcionamiento. Primero deberá verificarse si el motor disponible es apropiado para este fin. Deberá dejarse constancia documentada de este trabajo de verificación. Compresor de aire Festo Didactic GmbH & Co. KG

26 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) Tareas a resolver 1. Describa el funcionamiento del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 2. Complete las denominaciones de la placa base de conexiones del motor eléctrico. 3. Complete los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento. 4. Complete el esquema con función de giro horario y antihorario del motor eléctrico. 5. Complete las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. 6. Efectúe las mediciones y los cálculos necesarios para comprobar los datos que constan en la placa de identificación del motor en funcionamiento sin carga y con carga. Medios auxiliares Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos Extractos de los catálogos de los fabricantes de los componentes Hojas de datos Manual del sistema de servomotor y freno Internet WBT (curso a través de la red): actuadores eléctricos 1 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG

27 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 1. Funcionamiento básico del motor con condensador a) Describa la construcción de un motor con condensador. U1 U2 M 1 Z2 Z1 Motor con condensador Configuración básica de las dos bobinas El cuerpo del estator contiene dos devanados, dispuestos en 90 entre sí. Se trata de la bobina principal con las denominaciones U1 y U2. Esta bobina ocupa 2/3 de las ranuras del estator. La bobina auxiliar con las denominaciones Z1 y Z2 ocupa las demás ranuras. Dependiendo de las condiciones de puesta en funcionamiento, el motor monofásico puede tener un condensador de arranque y un condensador de funcionamiento. b) Describa el funcionamiento de un motor con condensador. Para obtener el desfase entre las dos bobinas y, en consecuencia, un campo de giro, es necesario conectar en serie una capacitancia en relación con la bobina auxiliar. En el caso del motor monofásico con condensador de funcionamiento, la bobina auxiliar con el condensdor conectado en serie siempre se mantiene excitada. Si las condiciones para la puesta en marcha son difíciles, se conecta un condensador de arranque en paralelo al condensador de funcionamiento. El condensador de arranque se desconecta automáticamente mediante un interruptor centrífugo. c) Qué función tiene el condensador de funcionamiento? Con el condensador C B el motor funciona con menos vibraciones y su nivel de rendimiento es mayor. La capacitancia del condensador de funcionamiento debería seleccionarse de tal manera que no se caliente demasiado el devanado auxiliar. La capacitancia del condensador de funcionamiento debería absorber aproximadamente 1 kvar de potencia reactiva por kilovatio de potencia del motor. Festo Didactic GmbH & Co. KG

28 C B C B Condensador de funcionamiento, conexiones C B y C B Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) d) Qué función tiene el condensador de arranque? Con el fin de aumentar el momento de arranque del motor, es necesario aumentar también la capacitancia del condensador. Para aumentar la capacitancia se conecta en paralelo un condensador de arranque C A. El condensador de arranque se desconecta automáticamente mediante un interruptor centrífugo una vez que se puso en marcha el motor. De esta manera no se calienta el devanado auxiliar. 2. Placa base del motor Denomine cada una de las conexiones de la placa base del motor eléctrico con condensador. U1 U2 Devanado principal, conexiones U1 y U2 Z1 Z2 Devanado auxiliar, conexiones Z1 y Z2 Condensador de arranque, conexiones C A y C A Interruptor centrífugo, conexiones 11 y 12 Contro de la temperatura del motor, conexiones 21 y 22 8 Festo Didactic GmbH & Co. KG

29 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 3. Circuitos del motor con condensador, incluyendo la bobina principal, la bobina secundria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento Complete los circuitos del motor. L1 N PE U1 C B C A U2 n M 1 Z2 Z1 4. Conexiones para giro horario y antihorario del motor Complete el esquema con función de giro horario y antihorario. L1 N PE L1 N PE U1 Z1 U1 Z1 Z2 U2 Z2 U2 C B C A C B C A U1 U1 U2 n U2 n M 1 Z2 Z1 M 1 Z2 Z1 Festo Didactic GmbH & Co. KG

30 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 5. Circuitos de medición para controlar el rendimiento del motor según sus características indicadas a) Complete las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. Efectúe el montaje de los circuitos y ponga en funcionamiento el motor. L1 N PE -P1 V -P2 A -P3 W U1 C B C A -A1.1 -M1 U2 n n M 1 Z2 Z1 Cantidad Identificación Denominación 1 -M1 Motor monofásico con condensador 2 -P1, -P2 Multímetro digital 1 -P3 Medidor monofásico de potencia 1 -A1.1 Banco de pruebas, sistema de servomotor y freno Lista de componentes 10 Festo Didactic GmbH & Co. KG

31 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) b) Efectúe el montaje según el esquema. Utilice el motor con condensador de 230 V, referencia Control del rendimiento característico mediante mediciones y cálculos a) Para realizar las mediciones debe conectarse el motor al banco de pruebas. A continuación se conecta el banco de pruebas, pero éste no está conectado al ordenador. Entonces se pone en funcionamiento el motor. b) Primero se miden los valores con el motor en funcionamiento sin carga. Incluya los valores medidos en la columna "Sin carga" de la tabla. c) Al efectuar las mediciones con el motor en funcionamiento con carga nominal, se aplica la carga correspondiente con el banco de pruebas hasta alcanzarse la crga nominal (ver placa con indicación de la potencia). A continuación deberán leerse los valores correspondientes. Incluya los valores medidos en la columna "Carga nominal" de la tabla. Sin carga (reposo) Carga nominal U [V] I [A] 1,2 1,86 P [W] n [rpm] d) Recurriendo a los valores medidos sin carga y con carga nominal que constan en la tabla, calcule los valores correspondientes a la potencia aparente, al factor de potencia y a la potencia reactiva. Sin carga (reposo) La potencia aparente S: S UI 228 V 1,2 A = 274 VA El factor de potencia cos φ: P cos S 216 W = 0, VA La potencia reactiva Q: Q Ssin274 VA 0,63 = 173 var Festo Didactic GmbH & Co. KG

32 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) Carga nominal La potencia aparente S: S UI 228 V 1,86 A = 424 VA El factor de potencia cos φ: P cos S 352 W = 0, VA La potencia reactiva Q: Q Ssin424 VA 0,56 = 237 var Control de la capacitancia de C A Valores medidos: La reactancia X C : U = 230 V I = 1,75 A XC UC IC 230 V = 131,42 Ω 1,75 A La capacitancia C: C 1 1 = 24,2 μf 2 f X s 131,42 Ω C Control de la capacitancia de C B Valores medidos: La reactancia X C : U = 220 V I = 0,7 A X C U I C C 220 V = 314,28 Ω 0,7 A La capacitancia C: C 1 1 = 10,13 μf 2 f X s 314,28 Ω C 12 Festo Didactic GmbH & Co. KG

33 Índice Ejercicios y soluciones Motores de corriente alterna 3 Ejercicio 1: Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 5 Ejercicio 2: Motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) sometido a diversas cargas 13 Ejercicio 3: Motor monofásico con rotor en cortocircuito: mediciones con el software 23 Motores de corriente continua y motores monofásicos de corriente alterna 37 Ejercicio 4 Principios básicos del motor universal 39 Ejercicio 5: Motor universal sometido a diversas cargas 45 Ejercicio 6: Motor universal sometido a diversas cargas: mediciones con el software DriveLab 53 Festo Didactic GmbH & Co. KG

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35 Motores de corriente alterna Festo Didactic GmbH & Co. KG

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37 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) Objetivos didácticos Una vez realizado este ejercicio, el estudiante habrá alcanzado las siguientes metas didácticas: El estudiante conocerá básicamente el funcionamiento de los motores con condensador. El estudiante conocerá la placa base de conexiones del motor con todas sus denominaciones. El estudiante conocerá los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento. El estudiante conocerá las conexiones a efectuar en el reglón de bornes para giro horario y antihorario del motor. El estudiante conocerá las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. El estudiante sabrá cómo controlar el rendimiento característico efectuando mediciones y cálculos con el motor en funcionamiento sin carga y con carga nominal. Descripción de la tarea a resolver Para el funcionamiento de un compresor de aire se dispone únicamente de tensión monofásica alterna de 230 V (L1 y N). Considerando que el compresor será difícil de poner en funcionamiento, se utilizará un motor eléctrico con condensador de arranque y condensador de funcionamiento. Primero deberá verificarse si el motor disponible es apropiado para este fin. Deberá dejarse constancia documentada de este trabajo de verificación. Compresor de aire Festo Didactic GmbH & Co. KG

38 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) Tareas a resolver 1. Describa el funcionamiento del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 2. Complete las denominaciones de la placa base de conexiones del motor eléctrico. 3. Complete los circuitos del motor, incluyendo la bobina principal, la bobina secundaria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento. 4. Complete el esquema con función de giro horario y antihorario del motor eléctrico. 5. Complete las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. 6. Efectúe las mediciones y los cálculos necesarios para comprobar los datos que constan en la placa de identificación del motor en funcionamiento sin carga y con carga. Medios auxiliares Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos Extractos de los catálogos de los fabricantes de los componentes Hojas de datos Manual del sistema de servomotor y freno Internet WBT (curso a través de la red): actuadores eléctricos 1 6 Nombre: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG

39 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 1. Funcionamiento básico del motor con condensador a) Describa la construcción de un motor con condensador. U1 U2 M 1 Z2 Z1 Motor con condensador Configuración básica de las dos bobinas b) Describa el funcionamiento de un motor con condensador. c) Qué función tiene el condensador de funcionamiento? Festo Didactic GmbH & Co. KG Nombre: Datum: 7

40 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) d) Qué función tiene el condensador de arranque? 2. Placa base del motor Denomine cada una de las conexiones de la placa base del motor eléctrico con condensador. U1 U2 Z1 Z2 C B C B 8 Nombre: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG

41 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 3. Circuitos del motor con condensador, incluyendo la bobina principal, la bobina secundria, el condensador de arranque y el condensador de funcionamiento Complete los circuitos del motor. L1 N PE U1 C B C A U2 n M 1 Z2 Z1 4. Conexiones para giro horario y antihorario del motor Complete el esquema con función de giro horario y antihorario. L1 N PE L1 N PE U1 Z1 U1 Z1 Z2 U2 Z2 U2 C B C A C B C A U1 U1 U2 n U2 n M 1 Z2 Z1 M 1 Z2 Z1 Festo Didactic GmbH & Co. KG Nombre: Datum: 9

42 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) 5. Circuitos de medición para controlar el rendimiento del motor según sus características indicadas a) Complete las conexiones de medición que deben realizarse para controlar el rendimiento característico del motor. Efectúe el montaje de los circuitos y ponga en funcionamiento el motor. L1 N PE V A W U1 C B C A U2 n n M 1 Z2 Z1 Cantidad Identificación Denominación 1 Motor monofásico con condensador 2 Multímetro digital 1 Medidor monofásico de potencia 1 Banco de pruebas, sistema de servomotor y freno Lista de componentes 10 Nombre: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG

43 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) b) Efectúe el montaje según el esquema. Utilice el motor con condensador de 230 V, referencia Control del rendimiento característico mediante mediciones y cálculos a) Para realizar las mediciones debe conectarse el motor al banco de pruebas. A continuación se conecta el banco de pruebas, pero éste no está conectado al ordenador. Entonces se pone en funcionamiento el motor. b) Primero se miden los valores con el motor en funcionamiento sin carga. Incluya los valores medidos en la columna "Sin carga" de la tabla. c) Al efectuar las mediciones con el motor en funcionamiento con carga nominal, se aplica la carga correspondiente con el banco de pruebas hasta alcanzarse la crga nominal (ver placa con indicación de la potencia). A continuación deberán leerse los valores correspondientes. Incluya los valores medidos en la columna "Carga nominal" de la tabla. Sin carga (reposo) Carga nominal U [V] I [A] P [W] n [rpm] d) Recurriendo a los valores medidos sin carga y con carga nominal que constan en la tabla, calcule los valores correspondientes a la potencia aparente, al factor de potencia y a la potencia reactiva. Festo Didactic GmbH & Co. KG Nombre: Datum: 11

44 Ejercicio 1 Principios básicos del motor monofásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito (motor con condensador) Carga nominal Control de la capacitancia de C A Control de la capacitancia de C B 12 Nombre: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG