Principios básicos de los motores de corriente continua

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1 Principios básicos de los motores de corriente continua Manual de trabajo Con CD-ROM L1 N PE -T1 -T2 L+ L+ L- L- -P1 V A1 A2 E2 E1 -M1 M n /min n=f[ IE] ma 330 IE Festo Didactic es

2 Referencia: Datos actualizados en: 05/2011 Autores: Jürgen Stumpp Redacción: Frank Ebel Artes gráficas: Anika Kuhn, Jürgen Stumpp 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 IV Prólogo V Introducción VII Indicaciones de seguridad y utilización VIII Equipo didáctico "Principios básicos de motores de corriente continua" IX Objetivos didácticos X Atribución de los ejercicios en función de objetivos didácticos XII Componentes XIV Informaciones para el instructor XVI Estructura de los ejercicios XVII Denominación de los componentes XVII Contenido del CD-ROM XVIII Ejercicios y soluciones Motores de corriente continua 3 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt (motor de excitación en paralelo) de corriente continua 5 Ejercicio 2 Motor shunt: mediciones y cálculos en funcionamiento sin carga y con diversas cargas 11 Ejercicio 3 Motor shunt de corriente continua: mediciones con el software DriveLab 23 Ejercicio 4 Principios básicos del motor serie de corriente continua 37 Ejercicio 5 Motor serie de corriente continua: mediciones y cálculos en funcionamiento sin carga y con diversas cargas 43 Ejercicio 6 Motor serie de corriente continua: mediciones con el software DriveLab 53 Ejercicios y hojas de trabajo Motores de corriente continua 3 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt (motor de excitación en paralelo) de corriente continua 5 Ejercicio 2 Motor shunt: mediciones y cálculos en funcionamiento sin carga y con diversas cargas 11 Ejercicio 3 Motor shunt de corriente continua: mediciones con el software DriveLab 23 Ejercicio 4 Principios básicos del motor serie de corriente continua 37 Ejercicio 5 Motor serie de corriente continua: mediciones y cálculos en funcionamiento sin carga y con diversas cargas 43 Ejercicio 6 Motor serie de corriente continua: mediciones con el software DriveLab 53 Festo Didactic GmbH & Co. KG

4 Uso apropiado El equipo didáctico "Principios básicos de motores de corriente continua" 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. IV Festo Didactic GmbH & Co. KG

5 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 clasificados 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. Festo Didactic GmbH & Co. KG V

6 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: [email protected] Los autores y Festo Didactic están interesados en conocer su opinión. VI Festo Didactic GmbH & Co. KG

7 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 En la actualidad de la técnica del accionamiento, los motores de corriente continua desempeñan un papel importante para soluciones móviles de accionamiento. El manual Principios básicos de los motores de corriente continua trata de manera selectiva el tema de los motores de corriente continua. En primer lugar se explican las bases teóricas y, a continuación, se profundiza en el tema con ejercicios. Además de la estructura de los motores, se explican también sus circuitos y los campos de aplicaciones en proyectos orientados a la industria. 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 Una unidad de alimentación eléctrica de VDC, 4 A y VDC, 1,5 A Motor shunt de corriente continua Motor serie de corriente continua 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 incluidos en el conjunto TP 1410 y los motores de corriente continua. La teoría necesaria para entender los ejercicios consta en el manual titulado «Teoría para profesiones del sector eléctrico» (referencia ). Adicionalmente se ofrecen hojas de datos de los motores (motor shunt de corriente continua, motor serie de corriente continua). Festo Didactic GmbH & Co. KG VII

8 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. VIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

9 Equipo didáctico "Principios básicos de motores de corriente continua" Esta parte del conjunto didáctico TP 1410 fue concebido para ofrecer informaciones sobre los fundamentos de motores de corriente continua. 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 shunt de corriente continua, motor serie de corriente continua) 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. Festo Didactic GmbH & Co. KG IX

10 Objetivos didácticos Principios básicos de motores de corriente continua Motor shunt El estudiante sabrá cómo funciona un motor de corriente continua. El estudiante sabrá lo que son las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del inductor de un motor shunt. El estudiante podrá evaluar los valores de resistencia del inducido y del inductor. El estudiante conocerá la denominación de los devanados de un motor de corriente continua. El estudiante conocerá el significado de los números detrás de las letras de identificación de los devanados. El estudiante podrá definir el sentido de giro de motores de corriente continua. El estudiante sabrá cómo se produce una alta corriente de arranque en un motor de corriente continua. El estudiante sabrá cómo funciona el control de la velocidad de giro de un motor de corriente continua. El estudiante conocerá el circuito de medición para la puesta en funcionamiento de un motor shunt. El estudiante conocerá el significado de los valores que aparecen en la placa de identificación del motor. El estudiante sabrá cómo se pone en funcionamiento de un motor shunt. El estudiante conocerá los valores del motor funcionando sin carga en comparación con los valores que aparecen en la placa de identificación del motor. El estudiante conocerá la dependencia entre la velocidad de giro y la tensión del rotor. El estudiante sabrá como representar gráficamente la dependencia entre la velocidad de giro y la tensión del rotor. El estudiante conocerá la dependencia entre la velocidad de giro y la corriente de excitación. El estudiante sabrá como representar gráficamente la dependencia entre la velocidad de giro y corriente de excitación. El estudiante conocerá el circuito necesario para medir el comportamiento del funcionamiento del motor. El estudiante podrá realizar las mediciones y los cálculos necesarios. El estudiante sabrá cómo representar gráficamente las líneas características de carga. El estudiante podrá evaluar las líneas características. Principios básicos de motores de corriente continua Motor serie El estudiante podrá explicar qué es un motor serie. 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 la corriente de arranque de un motor sin sistema de arranque. El estudiante conocerá el problema que tiene el motor serie al funcionar sin carga. El estudiante conocerá el problema que tiene el motor serie al conectarlo a una máquina. El estudiante sabrá cómo incide una elevada corriente de arranque en la velocidad de giro y en el momento de giro del motor. El estudiante conoce los usos más frecuentes de motores serie y sabe explicar las razones. X Festo Didactic GmbH & Co. KG

11 El estudiante conocerá el circuito de medición para la puesta en funcionamiento de un motor serie de corriente continua. El estudiante sabrá cómo se pone en funcionamiento de un motor serie de corriente continua. El estudiante conocerá la dependencia entre la velocidad de giro y la tensión del rotor. El estudiante sabrá como representar gráficamente la dependencia entre la velocidad de giro y la tensión del rotor. El estudiante conocerá el circuito necesario para medir el comportamiento del funcionamiento del motor. El estudiante podrá realizar las mediciones y los cálculos necesarios. El estudiante sabrá cómo representar gráficamente las líneas características de carga. El estudiante podrá evaluar las líneas características. 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 cómo 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 incluirlas en la documentación del proyecto. Festo Didactic GmbH & Co. KG XI

12 Atribución de ejercicios en función de objetivos didácticos Objetivo didáctico Ejercicio El estudiante sabrá cómo funciona un motor de corriente continua. El estudiante sabrá lo que son las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del inductor de un motor shunt. El estudiante podrá evaluar los valores de resistencia del inducido y del inductor. El estudiante conocerá la denominación de los devanados de un motor de corriente continua. El estudiante conocerá el significado de los números detrás de las letras de identificación de los devanados. El estudiante podrá definir el sentido de giro de motores de corriente continua. El estudiante sabrá cómo se produce una alta corriente de arranque en un motor de corriente continua. El estudiante sabrá cómo funciona el control de la velocidad de giro de un motor de corriente continua. El estudiante conocerá el circuito de medición para la puesta en funcionamiento de un motor shunt. El estudiante conocerá el significado de los valores que aparecen en la placa de identificación del motor. El estudiante sabrá cómo se pone en funcionamiento de un motor shunt. El estudiante conocerá los valores del motor funcionando sin carga en comparación con los valores que aparecen en la placa de identificación del motor. El estudiante conocerá la dependencia entre la velocidad de giro y la tensión del rotor. El estudiante sabrá como representar gráficamente la dependencia entre la velocidad de giro y la tensión del rotor. El estudiante conocerá la dependencia entre la velocidad de giro y la corriente de excitación. El estudiante sabrá como representar gráficamente la dependencia entre la velocidad de giro y corriente de excitación. El estudiante conocerá el circuito necesario para medir el comportamiento del funcionamiento del motor. El estudiante podrá realizar las mediciones y los cálculos necesarios. El estudiante sabrá cómo representar gráficamente las líneas características de carga. El estudiante podrá evaluar las líneas características. XII Festo Didactic GmbH & Co. KG

13 Ejercicio Objetivo didáctico El estudiante sabrá utilizar el banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante podrá conectar y poner en funcionamiento el motor shunt utilizando el banco de pruebas y el software DriveLab. El estudiante podrá conectar y poner en funcionamiento el motor serie 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 cómo preparar e iniciar un proceso de medición desde el ordenador. El estudiante sabrá cómo incluir un motor nuevo en la biblioteca de motores. El estudiante conocerá la dependencia entre la velocidad de giro y la tensión del rotor. Utilizando el ordenador, el estudiante sabrá cómo obtener las líneas características del motor sometido a carga e incluirlas en la documentación del proyecto. El estudiante podrá explicar qué es un motor serie. El estudiante sabrá lo que son las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del inductor de un motor serie. El estudiante podrá evaluar los valores de resistencia del inducido y del inductor. El estudiante conocerá la corriente de arranque de un motor sin sistema de arranque. El estudiante conocerá el problema que tiene el motor serie al funcionar sin carga. El estudiante conocerá el problema que tiene el motor serie al conectarlo a una máquina. El estudiante sabrá cómo incide una elevada corriente de arranque en la velocidad de giro y en el momento de giro del motor. El estudiante conoce los usos más frecuentes de motores serie y sabe explicar las razones. El estudiante conocerá el circuito de medición para la puesta en funcionamiento de un motor serie de corriente continua. El estudiante sabrá cómo se pone en funcionamiento de un motor serie de corriente continua. El estudiante conocerá la dependencia entre la velocidad de giro y la tensión del rotor. El estudiante sabrá como representar gráficamente la dependencia entre la velocidad de giro y la tensión del rotor. El estudiante conocerá el circuito necesario para medir el comportamiento del funcionamiento del motor. El estudiante podrá realizar las mediciones y los cálculos necesarios. El estudiante sabrá cómo representar gráficamente las líneas características de carga. El estudiante podrá evaluar las líneas características. Festo Didactic GmbH & Co. KG XIII

14 Componentes Utilizando los componentes contenidos en el equipo didáctico "Principios básicos de motores eléctricos de corriente continua" el estudiante adquiere conocimientos sobre la construcción, las conexiones y las aplicaciones de motores de corriente continua. 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 continua de 250 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 Motores eléctricos "Principios básicos de los motores de corriente continua" Componente Referencia Cantidad Motor paralelo de corriente continua Motor en serie de corriente continua Sistemas de accionamiento de motores eléctricos 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 XIV Festo Didactic GmbH & Co. KG

15 Símbolos de los componentes Componente Símbolo gráfico Motor paralelo de corriente continua M Motor en serie de corriente continua M Festo Didactic GmbH & Co. KG XV

16 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 continua. 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 ejercicio 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 resolver las tareas de los ejercicios 1, 2 y 3 se necesita un motor shunt de corriente continua. Para resolver las tareas de los ejercicios 1, 2 y 3 se necesita un motor shunt de corriente continua. 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 Identificación de las soluciones 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. Soluciones Las soluciones que se ofrecen en el presente manual de trabajo se obtuvieron llevando a cabo mediciones de prueba. Por lo tanto, los resultados obtenidos por el instructor pueden ser diferentes. XVI Festo Didactic GmbH & Co. KG

17 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 continua". 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,... Festo Didactic GmbH & Co. KG XVII

18 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. XVIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

19 Índice Ejercicios y soluciones Motores de corriente continua 3 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt (motor de excitación en paralelo) de corriente continua 5 Ejercicio 2 Motor shunt: mediciones y cálculos en funcionamiento sin carga y con diversas cargas 11 Ejercicio 3 Motor shunt de corriente continua: mediciones con el software DriveLab 23 Ejercicio 4 Principios básicos del motor serie de corriente continua 37 Ejercicio 5 Motor serie de corriente continua: mediciones y cálculos en funcionamiento sin carga y con diversas cargas 43 Ejercicio 6 Motor serie de corriente continua: mediciones con el software DriveLab 53 Festo Didactic GmbH & Co. KG

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21 Motores de corriente continua Festo Didactic GmbH & Co. KG

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23 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua Objetivo didáctico Una vez realizado este ejercicio, el estudiante habrá adquirido los conocimientos que se indican a continuación y, por lo tanto, habrá alcanzado las metas didácticas correspondientes: El estudiante conocerá la construcción un motor de corriente continua. El estudiante sabrá cómo funciona un motor de corriente continua. El estudiante sabrá lo que son las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del inductor de un motor shunt. El estudiante podrá evaluar los valores de resistencia del inducido y del inductor. El estudiante conocerá la denominación de los devanados de un motor de corriente continua. El estudiante conocerá el significado de los números detrás de las letras de identificación de los devanados. El estudiante podrá definir el sentido de giro de motores de corriente continua. El estudiante sabrá cómo se produce una alta corriente de arranque en un motor de corriente continua. El estudiante sabrá cómo funciona el control de la velocidad de giro de un motor de corriente continua. Descripción de la tarea a resolver Un estudiante de nivel avanzado que realiza prácticas en la sección de entrada de material de una planta recibe motores eléctricos y debe controlarlos. El instructor le ofrece informaciones detalladas y, a continuación, le entrega al estudiante un motor para que lo analice. El estudiante deberá dejar constancia documentada de su trabajo. Importante En este ejercicio no se pone en funcionamiento el motor. Festo Didactic GmbH & Co. KG

24 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua Tareas a resolver 1. Describa el funcionamiento de un motor de corriente continua. 2. Utilizando un ohmímetro, mida las resistencias del devanado del inducido y del inductor. 3. Evalúe los valores de resistencia del inducido y del inductor del motor shunt. 4. Explique cuál es la denominación de los devanados. 5. Explique el significado que tienen los números detrás de las letras de identificación de los devanados. 6. Cómo puede definirse el sentido de giro de un motor de corriente continua? 7. Explique por qué fluye una corriente relativamente alta en el momento de poner en funcionamiento un motor de corriente continua. 8. Describa cómo se la velocidad de giro de un motor de corriente continua. 9. Describa el significado de los polos de conmutación de un motor de corriente continua. Medios auxiliares Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos Extractos de los catálogos de los fabricantes de los componentes Hojas de datos Internet WBT (curso a través de la red): actuadores eléctricos 1 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG

25 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua 1. Principio de funcionamiento de un motor de corriente continua Describa el funcionamiento de un motor de corriente continua. El principio de funcionamiento del motor de corriente continua se basa en el conductor que se encuentra dentro del campo magnético. Este conductor hace las veces de rotor y el campo magnético se crea mediante el bobinado de excitación. En el caso de motores pequeños, el campo magnético puede crearse mediante un imán permanente. Tratándose de motores grandes, el campo magnético se crea mediante un electroimán (bobinado de excitación). 2. Resistencia del inducido y del inductor. Información Es importante conocer las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del inductor para entender el funcionamiento de un motor shunt. Mida con un ohmímetro y calcule los valores que deben incluirse en la tabla. R [] Devanado del rotor 11 Devanado del estator Evalúe los valores de resistencia del inducido y del inductor del motor shunt. Evalúe los valores de resistencia medidos del inducido y del inductor. Devanado del rotor Valor de la resistencia: 11 Evaluación La resistencia del rotor es de baja impedancia. Por lo tanto, la corriente de arranque es alta. Esta corriente debe disminuirse durante el arranque aplicando una medida apropiada (rectificador regulado, regulador de corriente continua PWM, motor de arranque [ya no suele utilizarse]). Durante el funcionamiento del motor se produce una contratensión que mantiene la corriente a un determinado nivel. Festo Didactic GmbH & Co. KG

26 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua Devanado del estator Valor de la resistencia: 595 Evaluación La resistencia del devanado del estator es relativamente alta. El devanado del estator debe tener esa alta resistencia (numerosas espiras, cable delgado) porque el devanado está conectado a la tensión nominal de la red de corriente continua (220 V) y porque en caso de corriente continua únicamente tiene efecto la resistencia de cobre (resistencia óhmica) del devanado. 4. Denominación de los devanados de motores de corriente continua Complete la tabla agregando las denominaciones que faltan. Bobinado Devanado del rotor: Conexión shunt Conexión serie Devanado de excitación: Conexión shunt Conexión serie Devanado de compensación Devanado del polo de conmutación Denominación A1 A2 A1 A2 E1 E2 D1 D2 1C1 1C2 1B1 1B2 Denominación de los devanados de motores de corriente continua 5. Significado de los números detrás de las letras de identificación de los devanados Explique el significado que tienen los números detrás de las letras de identificación de los devanados Los números detrás de las letras de identificación de los devanados indican el inicio (1) y el final (2) del devanado. Si en todos los devanados la corriente fluye desde 1 hacia 2, el motor gira hacia la derecha (giro horario). Si se cambia el sentido de flujo de la corriente en un devanado (flujo de corriente desde 2 hacia 1), el motor gira hacia la izquierda (giro antihorario). 8 Festo Didactic GmbH & Co. KG

27 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua 6. Sentido de giro de un motor de corriente continua a) Defina el sentido de giro mediante flechas en los devanados (giro horario, giro antihorario). b) Describa cómo se modifica el sentido de giro en la práctica. Para cambiar el sentido de giro de motores de corriente continua en aplicaciones reales se cambia el sentido de flujo de corriente en el rotor (A1 - A2) invirtiendo los polos. En el caso de motores con polos de conmutación debe ponerse cuidado en que también estos polos se inviertan (1B1-1B2). 7. Corriente de arranque en un motor de corriente continua Describa por qué no debe conectarse un motor de corriente continua directamente a la red de corriente continua. El momento de giro que se obtiene en un motor de corriente continua se basa en la fuerza que ejerce un conductor a través del que fluye corriente y que se encuentra en el campo magnético. El campo magnético puede crearse por un imán permanente o por un electroimán. Al girar el rotor en el campo magnético se induce una tensión en el devanado del rotor que se opone a la tensión de la red. Cuando el rotor no gira, la contratensión es igual a cero. Cuando se pone en funcionamiento el motor únicamente tiene efecto la resistencia óhmica del devanado del rotor. Esa resistencia es muy pequeña. La corriente de arranque tendría valores muy altos, por lo que es necesario limitarla adoptando las medidas apropiadas. Festo Didactic GmbH & Co. KG

28 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua 8. Modificación de la velocidad de giro de un motor de corriente continua Existen dos márgenes de regulación para controlar motores de corriente continua: 1. Inferior a la velocidad de giro nominal 2. Superior a la velocidad de giro nominal a) Describa cómo puede regularse la velocidad de giro inferior a la velocidad de giro nominal. Para que la velocidad de giro sea inferior a la velocidad de giro nominal, se reduce la tensión del rotor dentro del margen comprendido entre cero y la tensión nominal (antiguamente motor de arranque). b) Describa cómo puede regularse la velocidad de giro superior a la velocidad de giro nominal. Si el fabricante no ofrece datos para el control de la velocidad de giro por encima de la velocidad de giro nominal, la velocidad de giro regulada no deberá superar la velocidad de giro nominal en más de 10%. Para obtener una velocidad de giro superior a la velocidad nominal se reduce la corriente de excitación. La corriente de excitación se reduce reduciendo la tensión de excitación (antiguamente regulador de campo) 9. Significado de los polos de conmutación de un motor de corriente continua Qué significado tienen los polos de conmutación de motores de corriente continua? Los polos de conmutación son polos magnéticos pequeños complementarios. Los polos de conmutación generan un campo magnético que se opone al campo transversal del rotor. Si los polos de conmutación están dimensionados correctamente, su campo magnético compensa el desplazamiento transversal del campo del rotor. Considerando que el campo transversal del rotor depende de la corriente de carga, el campo magnético de los polos de conmutación debe depender también de la corriente de carga. Por esta razón se conectan en serie el devanado del rotor y el devanado del polo de conmutación. Considerando que los polos de conmutación compensan el campo transversal del rotor en la zona neutral, se evita en buena medida la formación de chispas al producirse la inversión del flujo de corriente. 10 Festo Didactic GmbH & Co. KG

29 Índice Ejercicios y hojas de trabajo Motores de corriente continua 3 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt (motor de excitación en paralelo) de corriente continua 5 Ejercicio 2 Motor shunt: mediciones y cálculos en funcionamiento sin carga y con diversas cargas 11 Ejercicio 3 Motor shunt de corriente continua: mediciones con el software DriveLab 23 Ejercicio 4 Principios básicos del motor serie de corriente continua 37 Ejercicio 5 Motor serie de corriente continua: mediciones y cálculos en funcionamiento sin carga y con diversas cargas 43 Ejercicio 6 Motor serie de corriente continua: mediciones con el software DriveLab 53 Festo Didactic GmbH & Co. KG

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31 Motores de corriente continua Festo Didactic GmbH & Co. KG

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33 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua Objetivo didáctico Una vez realizado este ejercicio, el estudiante habrá adquirido los conocimientos que se indican a continuación y, por lo tanto, habrá alcanzado las metas didácticas correspondientes: El estudiante conocerá la construcción un motor de corriente continua. El estudiante sabrá cómo funciona un motor de corriente continua. El estudiante sabrá lo que son las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del inductor de un motor shunt. El estudiante podrá evaluar los valores de resistencia del inducido y del inductor. El estudiante conocerá la denominación de los devanados de un motor de corriente continua. El estudiante conocerá el significado de los números detrás de las letras de identificación de los devanados. El estudiante podrá definir el sentido de giro de motores de corriente continua. El estudiante sabrá cómo se produce una alta corriente de arranque en un motor de corriente continua. El estudiante sabrá cómo funciona el control de la velocidad de giro de un motor de corriente continua. Descripción de la tarea a resolver Un estudiante de nivel avanzado que realiza prácticas en la sección de entrada de material de una planta recibe motores eléctricos y debe controlarlos. El instructor le ofrece informaciones detalladas y, a continuación, le entrega al estudiante un motor para que lo analice. El estudiante deberá dejar constancia documentada de su trabajo. Importante En este ejercicio no se pone en funcionamiento el motor. Festo Didactic GmbH & Co. KG

34 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua Tareas a resolver 1. Describa el funcionamiento de un motor de corriente continua. 2. Utilizando un ohmímetro, mida las resistencias del devanado del inducido y del inductor. 3. Evalúe los valores de resistencia del inducido y del inductor del motor shunt. 4. Explique cuál es la denominación de los devanados. 5. Explique el significado que tienen los números detrás de las letras de identificación de los devanados. 6. Cómo puede definirse el sentido de giro de un motor de corriente continua? 7. Explique por qué fluye una corriente relativamente alta en el momento de poner en funcionamiento un motor de corriente continua. 8. Describa cómo se la velocidad de giro de un motor de corriente continua. 9. Describa el significado de los polos de conmutación de un motor de corriente continua. Medios auxiliares Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos Extractos de los catálogos de los fabricantes de los componentes Hojas de datos Internet WBT (curso a través de la red): actuadores eléctricos 1 6 Nombre: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG

35 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua 1. Principio de funcionamiento de un motor de corriente continua Describa el funcionamiento de un motor de corriente continua. 2. Resistencia del inducido y del inductor. Información Es importante conocer las resistencias óhmicas del devanado del inducido y del inductor para entender el funcionamiento de un motor shunt. Mida con un ohmímetro y calcule los valores que deben incluirse en la tabla. R [] Devanado del rotor Devanado del estator 3. Evalúe los valores de resistencia del inducido y del inductor del motor shunt. Evalúe los valores de resistencia medidos del inducido y del inductor. Devanado del rotor Festo Didactic GmbH & Co. KG Nombre: Fecha: 7

36 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua Devanado del estator 4. Denominación de los devanados de motores de corriente continua Complete la tabla agregando las denominaciones que faltan. Bobinado Denominación Devanado del rotor: Conexión shunt Conexión serie Devanado de excitación: Conexión shunt Conexión serie Devanado de compensación Devanado del polo de conmutación Denominación de los devanados de motores de corriente continua 5. Significado de los números detrás de las letras de identificación de los devanados Explique el significado que tienen los números detrás de las letras de identificación de los devanados 8 Nombre: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG

37 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua 6. Sentido de giro de un motor de corriente continua a) Defina el sentido de giro mediante flechas en los devanados (giro horario, giro antihorario). A1 E2 E1 A1 E2 E1 M M Giro horario Giro antihorario A2 A2 b) Describa cómo se modifica el sentido de giro en la práctica. 7. Corriente de arranque en un motor de corriente continua Describa por qué no debe conectarse un motor de corriente continua directamente a la red de corriente continua. Festo Didactic GmbH & Co. KG Nombre: Fecha: 9

38 Ejercicio 1 Principios básicos del motor shunt o motor de excitación en paralelo, de corriente continua 8. Modificación de la velocidad de giro de un motor de corriente continua Existen dos márgenes de regulación para controlar motores de corriente continua: 1. Inferior a la velocidad de giro nominal 2. Superior a la velocidad de giro nominal a) Describa cómo puede regularse la velocidad de giro inferior a la velocidad de giro nominal. b) Describa cómo puede regularse la velocidad de giro superior a la velocidad de giro nominal. 9. Significado de los polos de conmutación de un motor de corriente continua Qué significado tienen los polos de conmutación de motores de corriente continua? 10 Nombre: Datum: Festo Didactic GmbH & Co. KG