Visión Misión Universidad Continental

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2 Visión Ser una de las 10 mejores universidades privadas del Perú al año 2020, reconocidos por nuestra excelencia académica y vocación de servicio, líderes en formación integral, con perspectiva global; promoviendo la competitividad del país. Misión Somos una universidad privada, innovadora y comprometida con el desarrollo del Perú, que se dedica a formar personas competentes, íntegras y emprendedoras, con visión internacional; para que se conviertan en ciudadanos responsables e impulsen el desarrollo de sus comunidades, impartiendo experiencias de aprendizaje vivificantes e inspiradoras; y generando una alta valoración mutua entre todos los grupos de interés. Universidad Continental Material publicado con fines de estudio 2017

3 NORMAS BASICAS DE SEGURIDAD DEL LABORATORIO Normas generales Las prácticas de Laboratorio/Taller contempladas en los programas analíticos de las asignaturas que se imparten en Ingeniería Mecatrónica e Ingeniería Eléctrica, son concebidas para cumplir los siguientes objetivos: a) Contribuir al desarrollo de competencias del futuro profesional y a su formación integral, mediante la interacción directa del estudiante con los equipos, instrumentos, dispositivos, componentes, materiales y procedimientos que deberá aplicar, bajo la supervisión del docente de laboratorio y/o del Instructor. b) Consolidar y profundizar los conocimientos del estudiante, impartidos en clases de las asignaturas, mediante actividades experimentales de la disciplina. c) Familiarizar al estudiante en el uso adecuado de: equipos, instrumentos, dispositivos, componentes, materiales y normativas para su aplicabilidad metodológica en su vida profesional. d) Incentivar al estudiante en la adquisición de destrezas y habilidades manuales. e) Coadyuvar en el desarrollo de la investigación científica, la innovación tecnológica y la interacción social. f) Utiliza una bata y tenla siempre bien abrochada, así protegerás tu ropa. g) Guarda tus prendas de abrigo y los objetos personales en un armario o taquilla y no los dejes nunca sobre la mesa de trabajo. h) Dispón sobre la mesa sólo los libros y cuadernos que sean necesarios. i) Mantén el área de trabajo limpia y ordenada. j) Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras dentro del laboratorio. k) No lleves bufandas, pañuelos largos ni prendas u objetos que dificulten tu movilidad. l) Recuerda dónde está situado el botiquín. m) Si tienes el cabello largo, recógetelo. n) Ten siempre tus manos limpias y secas. Si tienes alguna herida, tápala. o) No fumes, comas o bebas en el laboratorio. ucontinental.edu.pe 3

4 Índice VISIÓN 2 MISIÓN 2 NORMAS BÁSICAS DE LABORATORIO 3 ÍNDICE 4 Primera unidad Transformador Monofásico 5 Laboratorio N 1 (Parte I) 6 Laboratorio N 1 (Parte II) 19 Laboratorio N 1 (Parte III) 27 Laboratorio N 1 (Parte IV) 36 Transformador Trifásico 42 Laboratorio N 2 43 Segunda unidad Motor de Corriente Continua 56 Laboratorio N 3 (Parte I) 57 Laboratorio N 3 (Parte II) 67 Laboratorio N 3 (Parte III) 76 Laboratorio N 3 (Parte IV) 84 Laboratorio N 3 (Parte V) 91 Tercera unidad Motor de Inducción Trifásico 99 Laboratorio N ucontinental.edu.pe 4

5 LABORATORIO 1 EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO ING. JORGE LOZANO ucontinental.edu.pe 5

6 LABORATORIO 1 PARTE 1 EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO ucontinental.edu.pe 6

7 OBJETIVOS 1. Conocer las relaciones de voltaje y corriente de un transformador. Gestión Curricular 2. Estudiar las corrientes de excitación, la capacidad en voltamperes y las corrientes de cortocircuito de un transformador. INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Los transformadores son probablemente la parte de equipo de mayor uso en la industria eléctrica. Varían en tamaño desde unidades miniatura para radios de transistores, hasta unidades gigantescas que pesan toneladas y que se emplean en las estaciones centrales de distribución de energía eléctrica. Sin embargo, todos los transformadores tienen las mismas propiedades básicas, que son las que se verán a continuación. Cuando existe una inducción mutua entre dos bobinas o devanados, un cambio en la corriente que pasa por uno de ellos induce un voltaje en el otro. Todos los transformadores poseen un devanado primario y uno o más secundarios. El devanado primario recibe energía eléctrica de una fuente de alimentación y acopla esta energía al devanado secundario mediante un campo magnético variable. La energía toma la forma de una fuerza electromotriz que pasa por el devanado secundario y, si se conecta una carga a éste, la energía se transfiere a la carga. Así pues, la energía eléctrica se puede transferir de un circuito a otro sin que exista una conexión física entre ambos. Los transformadores son indispensables en la distribución de potencia en c-a, ya que pueden convertir la potencia eléctrica que este a una corriente y voltajes dados, en una potencia equivalente a otra corriente y voltaje dados. Cuando un transformador está funcionando, pasan corrientes alternas por sus devanados y se establece un campo magnético alterno en el núcleo de hierro. Como resultado, se producen perdidas de cobre y hierro que representan potencia real (watts) y que hacen que el transformador se caliente. Para establecer un campo magnético se requiere una potencia reactiva (vars) que se obtiene de la línea de alimentación. Por estas razones, la potencia total entregada al devanado primario es siempre ligeramente mayor a la potencia total entregada por el devanado secundario. Sin embargo, se puede decir, que aproximadamente en casi todos los transformadores: a) Potencia del primario (watts) = Potencia del secundario (watts) b) Voltamperes del primario (VA) = Voltamperes del secundario (VA) c) Vars del primario = Vars del secundario Cuando el voltaje del primario se eleva más allá de su valor nominal, el núcleo de hierro (laminaciones) comienza a saturarse y la corriente de magnetización (de excitación) aumenta con gran rapidez. Los transformadores pueden sufrir cortocircuitos accidentales causados por desastres naturales o motivados por el hombre. Las corrientes de cortocircuito pueden ser muy grandes y, a menos que se interrumpan, queman al transformador en un corto tiempo. El objetivo de este Experimento de Laboratorio es demostrar estos puntos importantes. ucontinental.edu.pe 7

8 INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de transformador EMS 8341 Módulo de fuente de alimentación EMS 8821 (120/208V c-a) Módulo de medición c-a EMS 8426 (100/100/250/250V) Módulo de medición c-a EMS 8425 (0.5/0.5/0.5A) Cables de conexión EMS 8941 Otros: Ohmímetro PROCEDIMIENTOS Advertencia: En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. Examine la estructura del Módulo EMS de transformador, fijándose especialmente en el transformador, las terminales de conexión y el alambrado. a) El núcleo del transformador esta hecho de capas delgadas (laminaciones) de acero. Identifíquelo. b) Observe que los devanados del transformador están conectados a las terminales montadas en la bobina del transformador. c) Observe que estos devanados van conectados a las terminales de conexión montadas en la cara de modulo. 2. Identifique los tres devanados independientes del transformador marcados en la cara del módulo: a) Anote el voltaje nominal de cada uno de los tres devanados. Terminales 1 a 2 = V c-a Terminales 3 a 4 = V c-a Terminales 5 a 6 = V c-a ucontinental.edu.pe 8

9 b) Escriba el voltaje normal entre las siguientes terminales de conexión. Terminales 3 a 7 = V c-a Terminales 7 a 8 = V c-a Terminales 8 a 4 = V c-a Terminales 3 a 8 = V c-a Terminales 7 a 4 = V c-a Terminales 5 a 9 = V c-a Terminales 9 a 6 = V c-a c) Indique la corriente nominal de cada una de las siguientes conexiones: Terminales 1 a 2 = A c-a Terminales 3 a 4 = A c-a Terminales 5 a 6 = A c-a Terminales 3 a 7 = A c-a Terminales 8 a 4 = A c-a 3. Use la escala más baja del ohmímetro y mida y anote la resistencia en c-d de cada uno de los devanados. Terminales 1 a 2 = Ω Terminales 3 a 4 = Ω Terminales 3 a 7 = Ω Terminales 7 a 8 = Ω Terminales 8 a 4 = Ω Terminales 5 a 6 = Ω Terminales 5 a 9 = Ω Terminales 9 a 6 = Ω ucontinental.edu.pe 9

10 4. A continuación medirá los voltajes del secundario sin carga, cuando se aplican 120V c-a al devanado primario Ac-a 4 I 1 A Vc-a E 1 E 2 V Vc-a Vc-a V N Figura 1-1 a) Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 1-1. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 120V c-a, según lo que indique el voltímetro conectado a las terminales 4 y N. c) Mida y anote el voltaje de salida E2. d) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. e) Repita los procedimientos (b, e y d) midiendo el voltaje de salida E2 para cada devanado que se indica. f) devanado 1 a 2 = V c-a devanado 3 a 4 = V c-a devanado 5 a 6 = V c-a devanado 3 a 7 = V c-a devanado 7 a 8 = V c-a devanado 8 a 4 = V c-a devanado 5 a 9 = V c-a devanado 9 a 6 = V c-a ucontinental.edu.pe 10

11 5. a) Concuerdan los voltajes medidos con los valores nominales?. Si algunos difieren explique por qué. b) Puede medir el valor de la corriente magnetizante (de excitación)?. Por qué? 6. Los devanados 1 a 2 y 5 a 6 tienen 500 vueltas de alambre. El devanado 3 a 4 tiene 865 vueltas. Calcule la siguientes relaciones de vueltas: a) devanado 1 a 2 devanado 5 a 6 = b) devanado 1 a 2 devanado 3 a 4 = ucontinental.edu.pe 11

12 7. a) Conecte el circuito que aparece en la Figura 1-2. Observe que el medidor de corriente I2 pone en cortocircuito el devanado 5 a 6. b) Conecte la fuente de alimentación y aumento gradualmente el voltaje hasta que la corriente de cortocircuito I2 sea 0.4 A c-a. c) Mida y anote I1 y E1. I1 = A c-a E1= V c-a I2 = A c-a Ac-a 4 I 1 A Vc-a E 1 V Vc-a Ac-a I 2 A N 2 6 Figura 1-2 d) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. e) Calcule la relación de corriente: I1/ I2 = f) Es igual la relación de corrientes a la relación de vueltas? Explique por qué. ucontinental.edu.pe 12

13 0 0.5 Ac-a 4 I 1 A Vc-a E 1 V Vc-a Ac-a I 3 A N 2 4 Figura a) Conecte el circuito que aparece en la Figura 1-3. Observe que el medidor de corriente I2 pone en cortocircuito al devanado 3 a 4. b) Conecte la fuente de alimentación y aumente gradualmente el voltaje hasta que la corriente que pasa por el devanado primario I1 sea.04 A c-a. c) Mida y anote I3 y E1. I3 = A c-a E1= V c-a d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. e) Calcule la relación de corriente: I1/ I3 = ucontinental.edu.pe 13

14 f) Considere esta relación de corriente, es la inversa de la relación de vueltas? Explique por qué Ac-a 4 I 1 A Vc-a E 1 V Vc-a E 2 V N 2 6 Figura A continuación determinara el efecto de saturación del núcleo en la corriente de excitación de un transformador. a) Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 1-4. Observe que las terminales 4 y 5 de la fuente de alimentación se van a utilizar ahora. Estas terminales proporcionan un voltaje variable de 0-208V c-a. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 25V c-a, tomando esta lectura en el voltímetro conectado a las terminales 4 y 5 de la fuente de alimentación. ucontinental.edu.pe 14

15 c) Mida y anote la corriente de excitación, I1, y el voltaje de salida E2 para cada voltaje de entrada que indica en la Tabla 1-1. d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. E 1 V c-a 25 I 1 ma c-a E 2 V c-a Tabla 1-1 ucontinental.edu.pe 15

16 E 1 (Vac) Gestión Curricular 10. a) Marque los valores de corriente anotados, en la gráfica de la Figura 1-5. Luego trace una curva continua que pase por todos los puntos marcados. b) Observe que la corriente de magnetización aumenta rápidamente después de alcanzar cierto voltaje de entrada. c) Ha variado la relación de voltaje entre los dos devanados, debido a la saturación del núcleo? Explique por qué I 1 (ma c-a) Figura 1-5 ucontinental.edu.pe 16

17 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Si la corriente de cortocircuito que pasa por el devanado secundario 9 a 6, fuera 1A c-a, Cuál sería la corriente que pasaría por el devanado primario 1 a 2? = A c-a 2. Si se pone en cortocircuito el devanado secundario 7 a 8 y el devanado primario 5 a 6 toma una corriente de 0.5A c-a: a) Calcule la corriente de cortocircuito que pasa por el devanado 7 a 8. = A c-a b) Por qué se deben realizar estas pruebas con la mayor rapidez posible? 3. Si se aplica 120V c-a al devanado 3 a 4, indique los voltajes que se tendría en: a) devanado 1 a 2 = V c-a b) devanado 5 a 9 = V c-a c) devanado 7 a 8 = V c-a d) devanado 5 a 6 = V c-a 4. Cuál de los devanados del Procedimiento 7 disipa más calor? Por qué? ucontinental.edu.pe 17

18 5. Si se aplicara un voltaje de 120V c-a al devanado 1 a 2 con el devanado 5 a 6 en cortocircuito: a) Cuál sería la corriente de devanado? b) Cuántas veces es mayor esta corriente que su valor normal? c) Cuántas veces es mayor el calor generado en los devanados en estas condiciones, que en condiciones normales? ucontinental.edu.pe 18

19 LABORATORIO 1 PARTE 2 REGULACION DEL TRANSFORMADOR ucontinental.edu.pe 19

20 OBJETIVOS 1. Estudiar la regulación de voltaje del transformador con cargas variables. 2. Estudiar la regulación del transformador con cargas inductivas y capacitivas. INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Gestión Curricular La carga de un gran transformador de potencia, en una subestación, usualmente varía desde un calor muy pequeño en las primeras horas de la mañana, hasta valores muy elevados durante los periodos de mayor actividad industrial y comercial. El voltaje secundario del transformador variara un poco con la carga y, puesto que los motores, las lámparas incandescentes y los dispositivos de calefacción son muy sensibles a los cambios en el voltaje, la regulación del transformador tiene una importancia vital. El voltaje secundario depende también de si el factor de potencia de la carga es adelantado, atrasado o es la unidad. Por lo tanto, se debe conocer la forma en que el transformador se comportara cuando se le somete a una carga capacitiva, inductiva o resistiva. Si el transformador fuera perfecto (ideal), sus devanados no tendrían ninguna resistencia. Es más, no requeriría ninguna potencia reactiva (vars) para establecer el campo magnético en su interior. Este transformador tendría una regulación perfecta en todas las condiciones de la carga y el voltaje del secundario se mantendría absolutamente constante. Sin embargo, los transformadores reales tienen cierta resistencia de devanado y requieren de una potencia reactiva para producir sus campos magnéticos. En consecuencia, los devanados primario y secundario poseen una resistencia general R y una reactancia general X. El circuito equivalente de un transformador de potencia que tiene una relación de vueltas de 1 a 1, se puede representar aproximadamente por medio del circuito que aparece en la figura 1-1, Las terminales reales del transformador son P1 P2 en el lado primario y S1 S2 en el secundario. Se supone que el transformador mostrado entre terminales, es un transformador perfecto (ideal) en serie el cual tiene una impedancia R y otras imperfecciones representadas por X. Es evidente que si el voltaje del primario se mantiene constante, el voltaje del secundario variara con la carga debido a R y X. Cuando la carga es capacitiva, se presenta una característica interesante, Ya que se establece una resonancia parcial entre la capacitancia y la reactancia X, de modo que el voltaje secundario E2, incluso tiende a aumentar conforme se incrementa el calor de la carga capacitiva. P 1 T 1 R X S 1 Generador Carga E 1 E 2 P 2 S 2 Figura 1-1 ucontinental.edu.pe 20

21 INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de transformador EMS 8341 Módulo de fuente de alimentación EMS 8821 (0-120V c-a) Módulo de medición c-a EMS 8426 (250/250V) Módulo de medición c-a EMS 8425 (0.5/0.5A) Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de inductancia EMS 8321 Módulo de capacitancia EMS 8331 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! Ac-a Ac-a 4 I 1 A 1 5 A I Vc-a E 1 V Vc-a Vc-a E 2 V Z L N 2 6 Figura Conecte el circuito ilustrado en la Figura 1-2, utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación, resistencia y medición de CA. 2. a) Abra todos los interruptores del Módulo de Resistencia para tener una corriente de carga igual a cero. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 120V c-a, tomado esta lectura en el voltímetro E1. c) Mida y anote en la Tabla 1-1, la corriente de entrada I1, la corriente de salida I2, y el voltaje de salida E2. d) Ajuste la resistencia de carga ZL a 1200 ohms. Cerciórese de que el voltaje de entrada se mantiene exactamente a 120V c-a. Mida y anote I1, I2 y E2. e) Repita el procedimiento (d) para cada valor indicado en la Tabla 1-1. ucontinental.edu.pe 21

22 f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Z L (ohms) I 2 (ma c-a) E 2 (V c-a) I 1 (ma c-a) Tabla a) Calcule la regulación del transformador utilizando los voltajes de salida en vacío y a plena carga anotados en la Tabla 1-1. b) Son equivalentes el valor de VA del devanado primario y el del devanado secundario para cada valor de resistencia de carga indicado en la Tabla? Amplié su respuesta. ucontinental.edu.pe 22

23 4. a) Repita el Procedimiento 2 utilizando Módulos EMS 8321 de inductancia en lugar de la carga de resistencia. b) Anote las mediciones obtenidas en la Tabla 1-2. Z L (ohms) I 2 (ma c-a) E 2 (V c-a) I 1 (ma c-a) Tabla a) Repita el Procedimiento 2 utilizando Módulos EMS 8331 de capacitancia en lugar de la carga de resistencia. b) Anote sus mediciones en la Tabla 1-3. Z L (ohms) I 2 (ma c-a) E 2 (V c-a) I 1 (ma c-a) Tabla A continuación trazara la curva de regulación del voltaje de salida E2 en función de la corriente de salida I2, para cada tipo de carga del transformador. ucontinental.edu.pe 23

24 VOLTAJE EN LA CARGA (E 2 ) V c-a) Gestión Curricular a) En la gráfica de la Figura 1-3, marque los valores de E2 obtenidos para cada valor de I2 en la Tabla 1-1. b) Trace una curva continua que pase por los puntos marcados. Identifique esta curva como carga resistiva. c) Repita el procedimiento (a) para las cargas inductivas (Tabla 1-2) y la capacitiva (Tabla 1-3). En estas curvas deberá escribir carga inductiva y carga capacitiva CORRIENTE EN LA CARGA (I 2 ) ma c-a Figura 1-3 ucontinental.edu.pe 24

25 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Explique por qué el voltaje de salida aumenta cuando se utiliza una carga capacitiva. 2. Un transformador tiene una impedancia muy baja ( R y X pequeñas) c) Qué efecto tiene esto en la regulación? d) Qué efecto tiene esto en la corriente de corto circuito? 3. A veces los transformadores de gran tamaño no poseen propiedades óptimas de regulación. Se diseñan así, a propósito, para que se pueda usar con ellos interruptores de tamaño razonable. Explíquelo. ucontinental.edu.pe 25

26 4. Es aproximadamente igual el calentamiento de un transformador cuando la carga es resistiva, inductiva o capacitiva, para el mismo valor nominal de VA? Por qué? ucontinental.edu.pe 26

27 LABORATORIO 1 PARTE 3 POLARIDAD DEL TRANSFORMADOR ucontinental.edu.pe 27

28 OBJETIVOS 1. Determinar la polaridad de los devanados del transformador. 2. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie aditiva. 3. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie substractiva. INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Cuando se energiza el devanado primario de un transformador por medio de una fuente de c-a, se establece un flujo magnético alterno en el núcleo del transformador. Este flujo alterno concatena las vueltas de cada devanado del transformador induciendo así voltajes de c-a en ellos. Estudie el circuito que se ilustra en la Figura 1-1. I p Figura 1-1 Por definición, un voltaje en c-a cambia continuamente su valor y su polaridad, por lo tanto, el voltaje aplicado al devanado primario (terminales 1 y 2) cambia constantemente la polaridad de la terminal 1 con respecto a la de la terminal 2. Las terminales 1 y 2 no pueden tener jamás la misma polaridad. La terminal 1 debe ser siempre positiva o negativa con respecto a la terminal 2. Por consiguiente, el flujo magnético alterno induce voltajes en todos los demás devanados, haciendo que aparezca un voltaje de c-a en cada par de terminales. Las terminales de cada devanado también cambian de polaridad la una en relación a la otra. ucontinental.edu.pe 28

29 Cuando se habla de la polaridad de los devanados de un transformador, se trata de identificar todas las terminales que tienen la misma polaridad (positiva o negativa) en el mismo instante. Por lo común se utilizan marcas de polaridad para identificar estas terminales. Estas marcas pueden ser puntos negros, cruces, números, letras o cualquier otro signo que indique cuales terminales tienen la misma polaridad. Por ejemplo, en la Figura 1-1 se utilizaron puntos negros. Estos puntos negros, o marcas de polaridad señalan que en un instante dado, cuando 1 es positivo con respecto a 2, 3 es positivo con respecto a 4, 6 es positivo con respecto a 5, 7 es positivo con respecto a 8, y 10 es positivo con respecto a 9, Conviene hacer notar que un terminal no puede ser positiva por si sola, solo puede serlo con respecto a otra terminal. En consecuencia, en cualquier momento dado, las terminales 1,3,6,7 y 10 son todas positivas con respecto a las terminales 2,4,5,8 y 9. Cuando las baterías (o celdas) se conectan en serie para obtener un mayor voltaje de salida, la terminal positiva de una de las baterías se debe conectar con la terminal negativa de la siguiente. Cuando se conectan en esta forma, los voltajes individuales se suman. De igual manera, si los devanados del transformador se conectan en serie para que sus voltajes individuales se sumen o sean aditivos, la terminal con la marca de polaridad de un devanados se debe conectar a la terminal no marcada del otro devanado. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación EMS 8821 (0-120V c-a, 0-120V c-d) Módulo de medición c-a EMS 8426 (250/250/250V) Módulo de medición c-d EMS 8412 (20/200V) Módulo de transformador EMS 8341 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. a) Conecte el medidor de 0-20V c-d a la salida variable en c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela lentamente a un voltaje de 10V c-d. c) Sin tocar la perilla de control de voltaje, desconecte la fuente de energía y desconecte el medidor. d) Conecte el circuito ilustrado en la Figura 1-2, utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación de c-d. Observe que el medido de 200 V c-d se conecta a las terminales 3 y4. ucontinental.edu.pe 29

30 Vc-d V Vc-d N Figura 1-2 e) Observe la deflexión de la aguja del voltímetro de c-d en el momento en que se cierra el interruptor de la fuente de alimentación. Si la aguja del voltímetro se desvía momentáneamente a la derecha, las terminales 1 y 3 tienen la misma marca de polaridad. (La terminal 1 se conecta al lado positivo de la fuente de alimentación en c-d, y la terminal 3 al polo positivo del voltímetro.) f) Cuáles terminales son positivas en los devanados 1 a 2 y 3 a 4? g) Desconecte el voltímetro de c-d del devanado 3 a 4, y conéctelo al devanado 5 a 6. Repita la operación (e). h) Cuáles terminales son positivas en los devanados 1 a 2 y 5 a 6? i) Vuelva el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. ucontinental.edu.pe 30

31 2. En este Procedimiento se conectaran en serie dos devanados de un transformador; al observarlos efectos que esto produce, se apreciara la importancia de la polaridad. d) Conecte el circuito ilustrado en la Figura 1-3, utilizando el Modulo EMS de medición c-a. Observe que la terminal 1 se conecta con la Vc-a V Vc-a V Vc-a N 4 2 V Vc-a 6 Figura 1-3 e) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 104V c-a (la mitad del voltaje nominal del devanado 3 a 4). f) Mida y anote los voltajes a cero y desconecte la fuente de alimentación. E1 a 2 = V c-a E5 a 6 = V c-a E2 a 6 = V c-a g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. ucontinental.edu.pe 31

32 h) Quite la conexión entre las terminales 1 y 5. Conecte las terminales 1 y 6, y luego conecte el voltímetro a las terminales 2 y 5, como se indica en la figura Vc-a Vc-a V Vc-a V N 4 2 V Vc-a Figura 1-4 i) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 104V c-a. j) Mida y anote los voltajes en las siguiente terminales: E1 a 2 = V c-a E5 a 6 = V c-a E2 a 5 = V c-a k) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. l) Explique por qué el voltaje con dos devanados en serie es aproximadamente cero en un caso casi 120 V c-a en el otro.. m) Cuáles terminales tienen la misma polaridad? ucontinental.edu.pe 32

33 3. a) Estudie el circuito que aparece en la figura 1-5. Observe que el devanado 3 a 4 está conectado a una fuente de alimentación de 104V c-a. No conecte el circuito todavía! Vc-a N 4 2 Figura 1-5 b) Cuál es el voltaje inducido en el devanado 1 a 2? V c-a. c) Si el devanado 1 a 2 se conecta en serie con el devanado 3 a 4, Cuáles son los tres voltajes de salida que se pueden obtener? V c-a, V c-a, V c-a. d) Conecte el circuito ilustrado en la Figura 1-5 y conecte los devanados en serie, uniendo las terminales 1 y 3. e) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 104V c-. Mida y anote el voltaje entre las terminales 2 a 4. E2 a 4 = V c-a f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. g) Quite la conexión entre las terminales 1 y 3 y conecte las terminales 1 y 4. h) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 104V c-. Mida y anote el voltaje entre las terminales 2 a 3 y 1 a 2. E2 a 3 = V c-a E1 a 2 = V c-a i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. ucontinental.edu.pe 33

34 j) Coinciden los resultados de (e) y (h) con lo previsto en (c)? Amplíe su respuesta. k) Cuáles terminales tienen la misma polaridad? ucontinental.edu.pe 34

35 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 6. Suponga que tiene una fuente de alimentación de 120V c-a y que todos los devanados del módulo de transformador desarrollan su voltaje nominal; a continuación, se dejaron espacios para que usted indique como conectaría los devanados para obtener los siguientes voltajes. a) 240 volts b) 88 volts: c) 180 volts: d) 92 volts: ucontinental.edu.pe 35

36 LABORATORIO 1 PARTE 4 TRANSFORMADORES EN PARALELO ucontinental.edu.pe 36

37 OBJETIVOS: 1. Aprender cómo se conectan los transformadores en paralelo. 2. Determinar la eficiencia de los transformadores conectados en paralelo. INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Los transformadores se pueden conectar en paralelo para proporcionar corrientes de cargas mayores que la corriente nominal de cada transformador. Cuando los transformadores se conectan en paralelo es necesario tener en cuenta las siguientes reglas: 1) Los devanados que van a conectarse en paralelo deben tener el mismo valor nominal de voltaje de salida. 2) Los devanados que se van a conectar en paralelo deben tener polaridades idénticas. Si no se siguen estas reglas, se pueden producir corrientes de corto circuito excesivamente grandes. En efecto, los transformadores, los interruptores y los circuitos asociados pueden sufrir graves daños e incluso explotar, si las corrientes de corto circuito alcanzan cierto nivel. La eficiencia de cualquier maquina o dispositivo eléctrico se determina, usando la relación de la potencia de salida a la potencia de entrada. (la potencia aparente y la potencia reactiva no se utilizan para calcular la eficiencia de los transformadores.) La ecuación de la eficiencia en % es: potencia real de salida % de eficiencia = X 100 potencia real de entrada INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación EMS 8821 (0-120V c-a) Módulo de transformador EMS 8341 (2) Módulo de vatímetro monofásico EMS 8431 (750W) Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de medición c-a EMS 8425 (0.5/0.5/0.5A) Módulo de medición c-a EMS 8426 (250/250V) Cables de conexión EMS 8941 ucontinental.edu.pe 37

38 PROCEDIMIENTOS Advertencia: En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. Conecte el circuito que aparece en la Figura 1-1 utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación, vatímetro, resistencia y medición c-a. Observe que los dos transformadores están conectados en paralelo. Los devanados primarios (1 a 2) se conectan a la fuente de alimentación de 120V c-a. El vatímetro indicara la potencia de entrada. Cada devanado secundario (3 a 4) se conecta en paralelo con la carga RL. Los amperímetros se conectan para medir la corriente de carga IL y las corrientes de lso secundarios de los transformadores I1 e I Ac-a I 1 A Ac-a I 2 A I L A Ac-a Vc-a 1 3 W Vc-a V R L E L V Vc-a N Figura Ponga todos los interruptores de resistencia en la posición abierto para tener una corriente de carga igual a cero. Observe que los devanados se conectan para funcionar como transformador elevador (120 volts del primario a 208 volts del secundario). 3. Antes de seguir adelante pídale al maestro que revise el circuito y de su visto bueno. 4. a) Conecte la fuente de alimentación y haga girar lentamente la perilla de control del voltaje de salida, mientras que observa los medidores de corriente de los secundarios de los transformadores, I1 e I2, así como el medidor de la corriente de carga IL. Si los devanados están debidamente faseados, no habrá ninguna corriente de carga, ni corriente en los secundarios. b) Ajuste el voltaje de la fuente de alimentación 120V c-a según lo indica el voltímetro conectado a través del watímetro. 5. a) Aumente gradualmente la carga RL, hasta que la corriente de carga IL sea igual a 500 ma c-d. Revise el circuito para comprobar que el voltaje de entrada es exactamente 120V c-a. ucontinental.edu.pe 38

39 b) Mida y anote el voltaje de carga, la corriente de carga, las corrientes en los secundarios de los transformadores y la potencia de entrada. EL = V c-a IL = A c-a I1 = A c-a I2 = A c-a Pentrada = W c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 6. a) Calcule la potencia en la carga. EL x IL = W b) Calcule la eficiencia del circuito. Psalida / Pentrada x 100 = % c) Calcule las pérdidas del transformador. Pentrada - Psalida = W d) Calcule la potencia entregada por el transformador 1. I1 x EL = W e) Calcule la potencia entregada por el transformador 2. I2 x EL = W 7. Está distribuida la carga, más o menos uniformemente entre los transformadores? Amplíe su respuesta. ucontinental.edu.pe 39

40 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 7. Indique como conectaría en paralelo los transformadores a la fuente y la carga, en la Figura 1-2. Los devanados 1 a 2 y 3 a 4, tienen un valor nominal de 2.4 kv c-a y los devanados 5 a 6 y 7 a 8, tienen un valor nominal de 400V c-a. Figura La eficiencia de un transformador que proporciona una carga capacitiva pura, es cero. Explique esto. 9. Enumere las pérdidas que hacen que un transformador se caliente. ucontinental.edu.pe 40

41 10. Cómo calificaría la eficiencia del Módulo EMS de transformador, en comparación con la eficiencia del Motor de CD EMS y la del motor monofásico EMS de fase hendida? Por qué? ucontinental.edu.pe 41

42 LABORATORIO 2 EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO ING. JORGE LOZANO ucontinental.edu.pe 42

43 LABORATORIO 2 EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO ucontinental.edu.pe 43

44 OBJETIVOS: 1. Conectar los transformadores trifásicos utilizando las configuraciones triángulo y estrella. 2. Calcular y medir las tensiones (de fase y línea) en los transformadores trifásicos para verificar las relaciones de transformación. 3. Determinar el índice de conexión de un transformador trifásico, realizando pruebas y cálculo. INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Los transformadores trifásicos nos permiten disponer de tensiones adecuadas para ciertas aplicaciones concretas. Para conseguirlo, podemos utilizar una sola unidad o tres transformadores monofásicos unidos. Los arrollamientos se pueden conectar en estrella o en triángulo (delta) para formar los siguientes grupos de conexión: triángulotriángulo ( -estrella (Y-Y), estrella-triángulo (Y Y con neutro A 1 1 Línea 1 Línea V 208 V B 3 2 Línea V 120 V V 120 V C Neutro corrido). -Y). En las conexiones triángulo- -estrella (Y-Y), la tensión de línea en el secundario es igual a la tensión de línea en el primario multiplicado por la inversa de la relación de transformación. US = 1/a UP En las conexiones triángulo- -Y), la tensión de línea en el secundario es igual a la tensión de línea en el primario multiplicado por la inversa de la relación de transformación y por 3. US = 1/a 3 UP En las conexiones estrella-triángulo (Y- línea en el secundario es igual a la tensión de línea en el primario multiplicado por la inversa de la relación de transformación y por 1/ 3. US = 1/a 1/ 3 UP En una configuración estrella (en el secundario del transformador), se debe cumplir que las tres tensiones de línea sean iguales (UAB = UBC = UCA = ULínea) y las tres tensiones de fase, también (UAN = UBN = UCN = UFase). Además, las tensiones de línea deben ser iguales a las tensiones de fase por 3 (ULínea = 3 UFase). De no ser así, las conexiones de los arrollamientos se deben invertir. Vea la figura 2: ucontinental.edu.pe 44

45 Secundario U AN A U AB N U BN B U CA U BC U CN C Figura 2 Relaciones de tensiones en el secundario (estrella) En una configuración triángulo (en el secundario del transformador), se debe cumplir que las tres tensiones de línea sean iguales (ULAB = ULBC = ULCA = ULínea) y las tres tensiones de fase, también (UFAB = UFBC = UFCA = UFase). Además, las tensiones de línea deben ser iguales a las tensiones de fase (ULínea = UFase). Vea la figura 3: Secundario A A U FCA U FAB B U LAB ULCA C U FBC B C U LBC Figura 3 Relaciones de tensiones en el secundario (triángulo) El grupo de conexión indica la clase de conexión de los devanados de un transformador mediante un índice o cifra múltiplo de 30 que expresa el desplazamiento angular (atraso) de tensión entre cualquiera de ellos y el devanado de tensión más alta. A modo de ejemplo, el grupo de conexión Dy5 indica un transformador trifásico con devanado primario en triángulo (o delta), devanado secundario en estrella y un atraso de la tensión secundaria, respecto a la primaria, de 150 (5 por 30 ). ucontinental.edu.pe 45

46 INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de transformador EMS 8341 Módulo de fuente de alimentación EMS 8821 (120/208V c-a) Módulo de medición c-a EMS 8426 (100/100/250/250V) Módulo de medición c-a EMS 8425 (0.5/0.5/0.5A) Cables de conexión EMS 8941 Otros: Multímetro. PROCEDIMIENTOS A. GRUPO DE CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA 1. Seleccione e identifique tres transformadores monofásicos según la figura 4. Solicite al profesor la relación de transformación con la que trabajará. 1 a 5 U P A a U S 2 9 donde: U P 1 2 B a b 5 9 U S a es la relación de transformación a = Tensión primaria / tensión secundaria 1 a 5 a = U P / U S U P C c U S a = 2 9 Figura 4 Transformadores monofásicos ucontinental.edu.pe 46

47 2. Conecte los arrollamientos de los transformadores, tal como se aprecia en la figura 5. Figura 5. Grupo de conexión estrella-estrella 1 A 2 9 a 5 1 B 2 9 b 5 1 C 2 3. Conecte la fuente de alimentación al transformador, como se observa en la figura 6, pero no la encienda. Figura 6. Fuente de alimentación conectada al grupo de conexión Y-Y 9 c 5 Fuente AC Primario - Y Secundario - Y U L1 U F1 U F4 U L U L6 Regulador de tensión 6 U F2 U L2 U L3 U L U F5 N U F3 U F6 4. En este paso aún no encienda la fuente de alimentación. Calcule las tensiones de fase y línea en el transformador, según la figura 7, asumiendo que la tensión de la fuente es 120 V (tensión de línea). Anote los resultados en la tabla 1. Fuente AC Primario - Y Secundario - Y 4 1 A 2 9 a B 2 9 b 5 Regulador de tensión 6 1 C 2 9 c 5 N ucontinental.edu.pe 47

48 Figura 7. Tensiones de fase y línea VALORES CALCULADOS Tensiones de fase Tensiones de línea Primario Secundario Primario Secundario UF1 = UF4 = UL1 = UL4 = UF2 = UF5 = UL2 = UL5 = UF3 = UF6 = UL3 = UL6 = Tabla 1 Valores calculados 5. Después de realizado lo calculado. 6. Encienda la fuente de alimentación y aumente la tensión de salida a 120 V. 7. Mida las tensiones indicadas en la figura 7 y anote estos valores en la tabla 2. VALORES MEDIDOS Tensión de fase Tensión de línea Primario Secundario Primario Secundario UF1 = UF4 = UL1 = UL4 = UF2 = UF5 = UL2 = UL5 = UF3 = UF6 = UL3 = UL6 = 8. Reduzca la tensión a cero y desconecte la fuente de alimentación. 9. Con los valores medidos y anotados en la tabla 2, calcule: - la tensión de fase promedio en el primario (UFP) - la tensión de fase promedio en el secundario (UFS) - la tensión de línea promedio en el primario (UP) - la tensión de línea promedio en el secundario (US). UFP UFS UP US Tabla 3 Tensiones de fase y línea promedio (en el primario y secundario) ucontinental.edu.pe 48

49 10. Calcule la relación entre la tensión de línea promedio en el primario (UP) y la tensión de fase promedio en el primario (UFP). UP / UFP = 11. Calcule la relación entre la tensión de línea promedio en el secundario (US) y la tensión de fase promedio en el secundario (UFS). US / UFS = 12. Se verifica que: US = 1/a UP? Sí No B. GRUPO DE CONEXIÓN TRIÁNGULO-ESTRELLA 1. Seleccione e identifique tres transformadores monofásicos según la figura 8. Solicite al profesor la relación de transformación con la que trabajará. 1 a 5 U P A a U S 2 9 donde: U P 1 2 B a b 5 9 U S a es la relación de transformación a = Tensión primaria / tensión secundaria 1 a 5 a = U P / U S U P C c U S a = 2 9 Figura 8 Transformadores monofásicos 2. Conecte los arrollamientos de los transformadores, tal como se aprecia en la figura Primario - Secundario - Y a 5 A 2 1 C 9 b 5 B c 5 Figura 9 Grupo de conexión estrella-estrella ucontinental.edu.pe 49

50 3. Conecte la fuente de alimentación al transformador, como se observa en la figura 10. Fuente AC Primario - Secundario - Y a 5 A 2 Regulador de tensión 5 1 C 9 b 5 B 2 Figura 10 Fuente de alimentación conectada al grupo de conexión Y-Y 4. En este paso aún no encienda la fuente de alimentación. Calcule las tensiones de línea en el transformador, según la figura 11, asumiendo que la tensión de la fuente es 120 V (Tensión de línea). Anote los resultados en la tabla 4. Fuente AC 6 Primario c Secundario - Y a 5 U L1 A U L4 2 Regulador de tensión 5 1 U L3 C 9 b 5 U L6 U L2 B U L c 5 Figura 11 Tensiones de línea VALORES CALCULADOS Tensiones de línea Primario Secundario UL1 = UL4 = UL2 = UL5 = UL3 = UL6 = Tabla 4 Valores calculados ucontinental.edu.pe 50

51 5. Encienda la fuente de alimentación y aumente la tensión de salida a 120 V. 6. Mida las tensiones indicadas en la figura 11 y anote estos valores en la tabla 5. VALORES MEDIDOS Tensiones de línea Primario Secundario UL1 = UL4 = UL2 = UL5 = UL3 = UL6 = Tabla 5 Valores medidos 7. Reduzca la tensión a cero y desconecte la fuente de alimentación. 8. Cuál es la relación de transformación monofásica utilizada (a)? a = 9. Con los valores medidos y anotados en la tabla 6, calcule: - la tensión de línea promedio en el primario (UP). - la tensión de línea promedio en el secundario (US). - UP US Tabla 6 Tensiones de línea promedio 10. Se verifica que: US = 1/a 3 UP? Sí No ucontinental.edu.pe 51

52 C. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE CONEXIÓN DE UN TRANSFORMADOR 1. Al transformador utilizado en la experiencia anterior, le asignaremos la nomenclatura de bornes que observamos en la figura 12 (en negrita): Fuente AC 4 U A Primario Secundario - Y a 5 u Regulador de tensión 5 V 2 1 C 6 b 5 v 6 W B c w Figura 12 Nomenclatura de bornes 2. Una con un conductor los bornes U y u tal como se muestra en la figura 13: Fuente AC 4 U A Primario Secundario - Y a 5 u Regulador de tensión 5 V 2 1 C 6 b 5 v 6 W B c 5 w Figura 13 Unión de los bornes U y u 3. Encienda la fuente de alimentación y aumente la tensión de salida a 30 V (tensión de prueba). 4. Mida y anote las tensiones que se le solicita en la tabla 7. ucontinental.edu.pe 52

53 UUV = UVW = UWU = UUv = UUw = UVv = UVw = UWv = UWw = Tabla 7 Tensiones medidas para determinar el índice de conexión 5. Calcule el promedio de las tres tensiones de alimentación (tensión de prueba: UPRUEBA) UPRUEBA = 6. Asumiendo la escala: 1 cm = 3 V, convierta los valores de la tabla 8 en centímetros: UPRUEBA = UUv = UUw = UVv = UVw = UWv = UWw = Tabla 8 Valores de tensión en centímetros 7. Tomando como referencia la tensión de prueba (UPRUEBA), dibuje el triángulo equilátero de tensiones U, V y W en la página 14. U, u W V Figura 14 Triángulo de tensiones ucontinental.edu.pe 53

54 9. Utilizando un compás, haga centro en U y trace una circunferencia con radio UUv según los valores de la tabla Utilizando un compás, haga centro en V y trace un arco de circunferencia con radio UVv según los valores de la tabla 8, que corte a la circunferencia anterior en dos puntos, uno de ellos es el punto v del triángulo del secundario que deseamos hallar. 10. Utilizando un compás, haga centro en W y trace un arco de circunferencia con radio UWv según los valores de la tabla 8 que intersepte a uno de los dos puntos del párrafo anterior. Éste es el punto v. 11. Utilizando un compás, haga centro en U y trace una circunferencia con radio UUw según los valores de la tabla Utilizando un compás, haga centro en V y trace un arco de circunferencia con radio UVw según los valores de la tabla 8, que corte a la circunferencia anterior en dos puntos, uno de ellos es el punto w del triángulo del secundario que deseamos hallar. 13. Utilizando un compás, haga centro en W y trace un arco de circunferencia con radio UWw según los valores de la tabla 8 que intersecte a uno de los dos puntos del párrafo anterior. Éste es el punto w. 13. Construya el triángulo del secundario, utilizando los puntos u, v y w. 15. Ubique los neutros ficticios de ambos triángulos (ortocentros o baricentros): N para el primario y n para el secundario. 16. Trace los vectores AN y an. Desplace el vector an en forma paralela hasta que N y n coincidan. 17. Tomando como referencia el vector AN mida el ángulo que forma con an, en sentido antihorario ( ) 18. Divida el ángulo medido en el párrafo anterior entre 30 : Índice de conexión = / 30 = ucontinental.edu.pe 54

55 CUESTIONARIO: 1. Un transformador trifásico puede ser: a) Una unidad única con tres grupos separados de arrollamientos monofásicos. b) Tres transformadores monofásicos conectados juntos. c) Una unidad única con un arrollamiento primario y tres secundarios. d) a o b. 2. Un transformador con relación 10:1 conectado en estrella-triángulo, la tensión de línea secundaria es igual a la tensión de línea primaria multiplicada por: a) 1/ 3. b) 3. c) 0,1 y por 1/ 3. d) 0,1 y por Antes de poner en servicio un transformador trifásico: a) Se debe verificar la secuencia de fases de las líneas de entrada. b) Se deben verificar las conexiones de los arrollamientos para asegurar una apropiada relación de fases. c) Se deben equilibrar las cargas. d) Se debe medir el desfasaje. 4. La tensión de línea en el secundario de un transformador trifásico conectado en configuración triángulo-estrella es 208 V. Cuál es la tensión de línea del primario, sabiendo que la relación de espiras es 10:1? a) V. b) V. c) V. d) V. 5. En una configuración triángulo-estrella, la tensión de línea del secundario es: a) La misma que la tensión de línea del primario. b) 3 veces la tensión de línea del primario multiplicado por la inversa de la relación de espiras. c) Igual a la tensión de línea del primario multiplicado por la inversa de la relación de espiras. d) 1/ 3 veces la tensión de línea del primario. ucontinental.edu.pe 55

56 LABORATORIO 3 EL MOTOR DC ING. JORGE LOZANO ucontinental.edu.pe 56

57 LABORATORIO 3 PARTE 1 EL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA PARTE 1 ucontinental.edu.pe 57

58 OBJETIVOS 1. Examinar la estructura de un motor/generador de c-d. 2. Medir la resistencia en sus devanados. 3. Estudiar los valores nominales de corriente de los diversos devanados. INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Los motores de corriente directa son insuperables para aplicaciones en las que debe ajustarse la velocidad, así como para aplicaciones en las que se requiere un par grande. En la actualidad se utilizan millones de motores de c-d cuya potencia es una fracción de caballo en las industrias del transporte, en automóviles, trenes y aviones, donde impulsan ventiladores de diferentes tipos para aparatos de aire acondicionado, calentadores y descongeladores; también mueven los limpiadores de parabrisas y accionan los elevadores de asientos y ventanas. También son muy útiles para arrancar motores de gasolina y diesel en autos, camiones, autobuses, tractores y lanchas. El motor de c-d tiene un estator y un rotor -este último es más conocido como armadura. El estator contiene uno o más devanados por cada polo, los cuales están diseñados para llevar corrientes directas que establecen un campo magnético. La armadura y su devanado están ubicados en la trayectoria de este campo magnético y cuando el devanado lleva corriente, se desarrolla un par que hace girar al motor. Hay un conmutador conectado al devanado de la armadura; en realidad, el conmutador es un dispositivo mecánico que sirve para que la corriente de la armadura, bajo cualquier polo del estator, circule siempre en el mismo sentido, sin importar la posición. Si no se utilizara un conmutador, el motor sólo podría dar una fracción de vuelta y luego se detendría. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de motor/generador de CD EMS 8211 Módulo de fuente de energía EMS 8821 (0-120V c-d) Módulo de medición de CD EMS 8412 (20/200V, 500mA, 2.5A) Cables de conexión EMS 8941 ucontinental.edu.pe 58

59 PROCEDIMIENTOS Advertencia: En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. Examine la estructura del módulo de motor/generador de CD EMS 8211, poniendo especial atención en el motor, el reóstato, las terminales de conexión y el alambrado. Observe que la cubierta del motor se diseñó de manera que se pueda ver fácilmente su estructura interna. La mayoría de los motores comerciales no tienen esta construcción abierta. 2. Observando el motor desde la parte posterior del módulo: a) Identifique el devanado de la armadura. b) Identifique los polos del estator. c) Cuántos polos de estator hay? d) El devanado del campo en derivación de cada polo del estator se compone de muchas vueltas de alambre de diámetro pequeño. Identifique el devanado del campo en derivación. e) El devanado del campo en serie está arrollado en el interior del devanado de campo en derivación sobre cada polo del reactor, se compone de menos vueltas y el diámetro del alambre es mayor. Identifique el devanado de campo serie. 3. Viendo el motor desde el frente del módulo: a) Identifique el conmutador. b) Aproximadamente cuántas barras de conmutador (segmentos) hay? c) Cuántas escobillas hay? d) La posición neutral de las escobillas se indica mediante una línea roja marcada en la cubierta del motor. Identifíquela. e) Las escobillas se pueden ubicar en el conmutador moviendo la palanca de ajuste de escobillas, hacia la derecha o la izquierda de la línea roja indicadora. Mueva la palanca en ambos sentidos y luego devuélvala a la posición neutral. ucontinental.edu.pe 59

60 4. Viendo la parte delantera del módulo se nota que: a) El devanado de campo en derivación (vueltas numerosas de alambre fino) está conectado con las terminales y. b) b) El devanado de campo en serie (pocas vueltas de alambre más grueso) está conectado con las terminales y. c) La corriente nominal de cada devanado está indicada en la carátula del módulo. Podría responder a las preguntas (a) y (b) contando sólo con estos datos? Explique su respuesta. d) Las escobillas (segmentos del conmutador y devanado del inducido) se conectan a las terminales y. 5. El reóstato, montado en la caratula del módulo, está diseñado para controlar (y llevar con seguridad) la corriente de campo en derivación. a) El reóstato está conectado a las terminales y. b) Cuál es el valor nominal de su resistencia? ohm. 6. A continuación medirá la resistencia de cada devanado del motor utilizando el método del voltímetro-amperímetro. Con estos datos calculará la pérdida de potencia en cada devanado. Use los Módulos EMS de fuente de energía, medición de CD y motor/generador de CD para conectar el circuito de la figura 1. Figura 1 ucontinental.edu.pe 60

61 7. Conecte la fuente de alimentación. a) Aumente lentamente el voltaje hasta que el devanado de campo en derivación lleve 0.3A de corriente, según lo indique el medidor de 0-500mA c-d (este es el valor de la corriente nominal del devanado de campo en derivación). b) Mida 3 anote el voltaje del devanado de campo en derivación E (campo en derivación) Vdc c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. d) Calcule la resistencia del devanado de campo 2 en derivación. R (campo en derivación) = E/I = / = Ω e) Calcule las pérdidas de PR (potencial) del I devanado de campo en derivación. P (campo en derivación) = I 2 R = x = W 8. Conecte el circuito de la Figura 2. a) Este es el mismo circuito que se ilustra en la Figura 1, excepto que el devanado de campo en serie sustituyó al devanado de campo en paralelo y que el medidor de 5A c-d ha reemplazado a uno de 500mA c-d. Figura 2 b) Conecte la fuente de alimentación x aumente lentamente el voltaje de c-d hasta que el devanado de campo en serie lleve una corriente de 3A según lo indica el medidor de 5A c-d (este es el valor nominal de corriente del devanado de campo en serie. Advertencia, se requieren sólo unos cuantos volts, de manera que el control de voltaje se debe girar con mucha lentitud! c) Mida y anote el voltaje a través del devanado de campo en serie. E(campo en serie) Vdc d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. e) Calcule la resistencia del devanado de campo en serie. ucontinental.edu.pe 61

62 R(campo en serie) = E/I = / = Ω Gestión Curricular f) Calcule las pérdidas de I 2 R del devanado de campo en serie. P(campo en serie) = I 2 R = x = W 9. Conecte el circuito que aparece en la Figura 3. a) Este es el mismo Circuito de la Figura 2 excepto que el devanado de la armadura (más las escobillas) han reemplazado al devanado de campo serie. Figura 3 b) Conecte la fuente de energía y aumente lentamente el voltaje hasta que el devanado de la armadura lleve una corriente de 3A según lo indique el medidor de 5ª c-d (este es el valor nominal de la corriente del devanado de la armadura) c) Mida y anote el voltaje a través del devanado de la armadura (más las escobillas). E (armadura) = Vdc d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. e) Calcule la resistencia del devanado del inducido (más las escobillas). R (armadura) = E/I = / = Ω f) Calcule las pérdidas de I 2 R del devanado (más las escobillas) P (armadura = I 2 R = x = W ucontinental.edu.pe 62

63 10. Haga girar el devanado de la armadura aproximadamente 90º hacia la izquierda. a) Ahora, las escobillas están haciendo contacto con diferentes segmentos del conmutador. b) Repita el Procedimiento 9. c) E= Vdc R= Ω P= W 11. Haga girar la armadura 15 más hacia la izquierda. a) Ahora, las escobillas están haciendo contacto con diferentes segmentos del conmutador. b) Repita el Procedimiento 9. c) E= Vdc R= Ω P= W ucontinental.edu.pe 63

64 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Cuál sería la corriente del campo en derivación del motor, si el devanado de campo en derivación se excita mediante 120V c-d? 2. Si se tiene una corriente de 3ª c-d que fluye por el devanado de campo serie del motor, Cuál será la caída de voltaje resultante? 3. Si el reóstato se conectara en serie con el devanado de campo en derivación y la combinación se conectara a una línea de 120V c-d, Qué variaciones de corriente del campo en derivación se podrían obtener de su motor? Iminima = Adc Imaxima = Adc 4. Todos lo devanados, e incluso el conmutador del motor, están hechos de cobre. Por qué? ucontinental.edu.pe 64

65 5. Por qué las escobillas del motor están hechas de carbón y no de cobre? 6. Si el devanado de campo en serie del motor se conectara directamente a la fuente de energía de 120V c-d: e) Qué flujo de corriente se tendría? f) Cuál sería la perdida de potencia (en watts)? g) Se pierde toda esta energía solo en forma de calor? h) Qué cree que le sucedería al devanado si la corriente se mantuviera durante algunos minutos? 7. Qué significa corriente nominal y voltaje nominal? ucontinental.edu.pe 65

66 8. Si el devanado de la armadura y el de campo en serie del motor se conectaran en serie a una fuente de 120V c-d, Cuál sería la corriente inicial? 9. En este motor, es la resistencia de la armadura (más las escobillas) substancialmente la misma para cualquier posición de rotación de la armadura? Explique por qué. ucontinental.edu.pe 66

67 LABORATORIO 3 PARTE 2 EL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA PARTE 2 ucontinental.edu.pe 67

68 OBJETIVOS 1. Localizar la posición neutra de las escobillas. 2. Conocer las conexiones básicas del motor. 3. Observar las características de operación de motores conectados en serie y en derivación. Gestión Curricular INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Para que un motor de c-d pueda funcionar, es necesario que pase una corriente por el devanado de la armadura. El estator debe producir un campo (flujo) magnético con un devanado en derivación o en serie (o bien, una combinación de ambos). El par que se produce en un motor de cd es directamente proporcional a la corriente de la armadura y al campo del estator. Por otro lado, la velocidad del motor la determinan principalmente el voltaje de la armadura y el campo del estator. La velocidad del motor aumenta cuando el voltaje aplicado a la armadura se incrementa. La velocidad del motor también cup menta cuando se reduce el campo del estator. En realidad, la velocidad puede aumentar en forma peligrosa cuando, por accidente, se anula el campo del estator. Como ya se sabe, los motores de cd pueden explotar cuando trabajan a velocidad excesiva. No obstante, el motor de cd que se usa aquí, ha sido diseñado para soportar posibles condiciones de exceso de velocidad. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de energía EMS 8821 (0-120V c-a, 120V c-d, 0-120V c-d) Módulo de motor/generador de CD EMS 8211 Módulo de medición de CA EMS 8426 (0-100V) Módulo de medición de CD EMS 8412 (0-200V) Tacómetro de mano EMS 8920 Cables de conexión EMS 8941 PROCEDIMIENTOS Advertencia: En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! ucontinental.edu.pe 68

69 COMO ENCONTRAR LA POSICION NEUTRA 1. Ahora se utilizará corriente alterna para determinar la posición neutra de las escobillas del motor de c-d. Con los Módulo. EMS de Fuente de Energía, de medición de c-a y de motor/generador de c-d, conecte el circuito que aparece en la Figura 1. Las terminales 4 y N de la fuente de alimentación proporcionarán un voltaje variable de 0-120V c-a, conforme se hace girar la perilla de control de la salida de voltaje. No conecte la fuente por ahora! Figura 1 2. Desprenda el Módulo de Motor/Generador de CD y adelántelo aproximadamente 4 pulgadas. Meta la mano detrás de la placa delantera del módulo y mueva la palanca de ajuste de la escobilla hasta el extremo máximo en el sentido de las manecillas del reloj. No vuelva a poner el módulo en su lugar (tendrá que mover de nuevo las escobillas). 3. Conecte la fuente de energía; coloque en la posición de 4-n el conmutador del voltímetro de la fuente de energía y mueva lentamente hacia adelante la perilla de control de la salida del voltaje hasta que el voltímetro de c-a conectado al devanado de campo en derivación indique aproximadamente 80V c-a. (El voltaje de c-a en el campo en derivación se induce por acción de la corriente alterna que atraviesa la armadura. Esto se verá en un Experimento de Laboratorio posterior). 4. a) Meta cuidadosamente la mano detrás de la cara frontal del módulo (cuidando de mantener la otra en el bolsillo) y mueva las escobillas de una posición extrema a la otra. Observara que el voltaje de c-a inducido a través del campo disminuye a cero y luego aumenta nuevamente conforme se llega a la otra posición extrema, siguiendo el sentido contrario al de las manecillas del reloj. b) Deje las escobillas en la posición en donde el voltaje inducido es cero. Este punto corresponde al plano neutro del Motor/Generador de CD. Cada vez que use el Motor/Generador de CD, las escobillas deben ajustarse a la posición neutra. c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de energía. Vuelva a colocar el Módulo del Motor/Generador de CD en su lugar y desconecte el circuito. ucontinental.edu.pe 69

70 5. Con los Módulos EMS de Fuente de Energía, de Medición de CD y del Motor Generador de CD, conecte el circuito ilustrado en la Figura 2. Observe que la armadura está conectada en serie con el devanado de campo en serie, a través del voltaje de entrada. Figura 2 6. Conecte la fuente de energía y nuevamente coloque en la posición de 7-n el conmutador del voltímetro de la fuente de energía. Ajuste el voltaje de salida a 120V c-d. 7. a) Gira el motor rápidamente? b) Use el tacómetro manual y mida la velocidad del motor en revoluciones por minuto. Velocidad en serie = r/min NOTA: En el estuche del tacómetro aparecen las instrucciones de funcionamiento. 8. a) Reduzca el voltaje de la fuente de energía y observe el efecto que se produce en la velocidad del motor. Observaciones: b) Reduzca el voltaje hasta que pueda determinar la dirección de rotación (en el sentido de las manecillas del reloj o contrario a éste). Rotación = c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 9. Vuelva a conectar el circuito de la Figura 3. (El único cambio hecho en relación con el circuito de la Figura 2, es que las conexiones a la armadura que darán invertidas.) Figura 3 ucontinental.edu.pe 70

71 10. Repita los Procedimientos 6 al 8 (con las conexiones de la armadura invertidas que se indican en la Figura 3. Velocidad en serie (inversión) = r/min Rotación = 11. Escriba una regla para cambiar la dirección de rotación de un motor de c-d en serie. CONEXIONES DEL MOTOR EN DERIVACION 12. Conecte el circuito que aparece en la Figura 4. Observe que el reóstato está en serie con el campo en derivación y que esta combinación se conecta en paralelo con la armadura a través del voltaje de entrada. Figura Ajuste el reóstato (la resistencia mínima (aproximadamente cero ohms cuando se hace girar a la pensión extrema en el sentido de las manecillas del reloj). a) Conecte la fuente de energía y ajústela a 120V c-d. b) Mide la velocidad del motor con el tacómetro. Velocidad en derivación (cero ohms) = r/min c) Ajuste el reóstato a la resistencia máxima (aproximadamente 500 ohms). Velocidad en derivación (300ohms) = r/ d) Determine la dirección de rotación. Rotación = 14. Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de energía. a) Invierta la polaridad del voltaje de entrada intercambiando sólo los cables de conexión de la fuente de energía. ucontinental.edu.pe 71

72 15. Repita el Procedimiento 13 y compare los resultados: a) Cambió la rotación de dirección? b) Vario la velocidad? c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 16. intercambie los cables de conexión que van a la fuente de energía. El circuito debe quedar igual al que se ilustra en la Figura 4. Ahora invierta sólo las conexiones de la armadura. 17. Repita el Procedimiento 13 y compare la dirección de rotación con la que se encontró en el Procedimiento 13. Rotación = 18. Mientras el motor siga funcionando, abra momentáneamente el circuito del campo en derivación, quitando el cable de conexión de una de las terminales del devanado de campo en derivación (5 6 6). Tenga mucho cuidado de no tocar ninguna de las otras conexiones de las terminales ni ningún metal mientras efectúe este Procedimiento. Esté listo para cortar inmediatamente la energía aplicada al motor desconectando la fuente de alimentación. a) Explique lo que sucede cuando en un momento de c-d se pierde la alimentación al campo en derivación. b) Puede ocurrir lo mismo en un motor de c-d conectado con el campo en serie? Explique por que. 19. Conecte el circuito de la Figura 5. Observe que la armadura está conectada a la salida variable de 0-120V c-a (terminales 7 y N), en tanto que el campo en derivación está conectado a la salida fija de 120Vc-d (terminales 8 y N). Figura 5 ucontinental.edu.pe 72

73 VELOCIDAD EN (r/min) Gestión Curricular 20. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje de la armadura a 30V c-d, guiándose por las lecturas que dé el medidor. a) Use el tacómetro manual para medir la velocidad del motor. Anote en la Tabla 1 las mediciones de velocidad. (Espere hasta que la velocidad del motor se estabilice antes de efectuar la medición.) Tabla 1 b) Repita (b) para cada uno de los valores de voltaje que se indican en la Tabla. c) Marque los puntos obtenidos en la Tabla 11, en la gráfica ilustrada en la Figura 6. Luego hace una línea continua por los puntos marcados ARMADURA VOLTS 500 e) Es un buen método de control de velocidad el hacer que varíe el voltaje de la armadura (manteniendo constante el voltaje del campo en derivación)? ucontinental.edu.pe 73