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CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2
GUIA DE LABORATORIO N° 4
APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE
VELOCIDAD AL MOTOR DE CORRIENTE CONTÍNUA
I. OBJETIVOS
Aplicar la tecnología estudiada para elaborar los esquemas de instalación de máquinas de
corriente continuayrealizarel montaje respectivoutilizando contactares cuyasbobinasde
accionamiento se alimentan con tensión alterna.
II. MARCO TEÓRICO
Control de los Motores DC
Estos variadores permiten controlar la velocidad de motores de corriente continuaserie,
derivación, compuesto y de imanes permanentes. Para el caso de cualquiera de las
máquinas anteriores se cumple la siguiente expresión:
Dónde:
: es el Voltaje terminal (V).
: es la constante de la máquina.
: Flujo magnético producido por el campo
: Velocidad mecánica (rpm).
Despejando la velocidad mecánica, se obtiene:
Entonces,puede observarseque lavelocidadmecánicade unmotorde CC es directamente
proporcional al voltaje terminal (VT) e inversamente proporcional al flujo magnético (FM),
el cual a su vezdepende de lacorriente de campo(IF).Aprovechandoestasituaciónesque
este tipo de variadores puede controlar la velocidad de un motor de CC: controlando su
voltaje terminal, o bien, manipulando el valor de la corriente de campo.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS
PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA
Control Automático de los Motores
Este diagrama representa parte de un circuito elemental de control.
Cuandose aprietael botónde“arranque”,cerrandoloscontactos2-3,yatravésde labobina
del relevador para abastecer la línea L2. La corriente en la bobina M del relevador hace
contactoenMhaciendoque se mantengacerrada,demaneraquecuandose sueltael botón
de arranque,abriendoloscontactos2-3,quedatodavía uncircuitoa travésdel botón1-2, a
través de los contactos M, y a través de la bobina M, a L2. La presión momentánea en el
botón de “arranque” excita la bobina del relevador, y los contactos de cierre Mconservan
excitada la bobina. En los circuitos de control, la bobina M también cierra los otros
contactores, así como el contacto de cierre.
Cuandose aprietamomentáneamente el botónde “parar”,el circuitose corta, labobina
M pierde suatracciónmagnética,loscontactosM se abren,y al soltarel botónde “parar”,
cerrando1-2, nose restablece el circuito.El contactoMy el botónde arranque están
abiertos,de maneraque nopuedenexcitarse labobinaMhasta que se cierraotra vez,con
el botónde “arranque”,el circuito2-3.
Control de armadura con Tiristor
En este caso el SCR (Sillicone Controlled Rectifier) puede hacer la mayor parte de las
funciones de un reóstato, en el control de la corriente promedio de una carga sin las
limitaciones de gran potencia. Estos son pequeños, poco costosos y eficientes en energía.
Es natural acoplarel motor para control de armadura para la velocidaddel motor.Segúnla
figura el SCR proporciona entonces rectificación de media onda y control al devanado de
armadura. Si se da un temprano disparo del SCR, el voltaje y la corriente promedio de la
armadura aumentan y el motor puede trabajar con más rapidez. Al disparar el SCR más
tarde, se reducen el voltaje y la corriente promedio y el motor trabaja más lento.
Sistema de Control de Media Onda Monofásico para la Velocidad de un Motor CD.
El funcionamiento de este control se describe a continuación: la corriente alterna que
llega se rectifica en un puente de onda completa, cuyo voltaje pulsante de DC se aplica
al devanado de campo y al circuito de control de armadura. Se carga el capacitor con la
corriente que fluye por el devanado de la armadura, de baja resistencia, a través del
diodo D2 y el potenciómetro para el ajuste de velocidad luego sigue a la placa superior
del capacitor. El capacitor se carga hasta llegar al voltaje de transición conductiva del
SUS [Interruptor unilateral de silicio]. En ese instante el SUS permite que se descargue
parte del capacitor en la compuerta del SCR, disparándolo. El ángulo de disparo se
determina por la resistencia del potenciómetro de ajuste de velocidad, que determina la
rapidez de carga de C. El diodo D3 suprime toda polarización inversa producto del
devanado inductivo de la armadura al terminar medio ciclo. Cuando el SCR abre al final
de un hemiciclo, la corriente continúa circulando en el lazo D3 y armadura. El objeto de
la combinación R1-D1 es proporcionar una trayectoria de descarga para el capacitor C.
Recuerde que el SUS no vuelve totalmente a los 0 V, cuando se dispara. El capacitor no
puede descargar toda su carga a lo largo del circuito cátodo-compuerta del rectificador
del silicio. Queda algo de carga en la placa superior de C. A medida que los pulsos del
suministro de DC se acercan a 0, la carga en C se descarga a través de R1 y D1. Así el
capacitor pierde toda carga residual para comenzar la siguiente pulsación del puente de
diodos.
III. ELEMENTOS A UTILIZAR
 Multímetro.
 Tacómetro.
 Amperímetro
 Resistencias variables de diferentes valores
 Motor de Corriente Continua.
IV. PARTE EXPERIMENTAL
Datos de placa del motor DC
DATOS DE PLACA
Vn 50 V
In 1 A
RPM 3000
Datos registrados
DATOS REGISTRADOS
V alimentación 50 V
Ra 26.1 Ω
Rf 153.4 Ω
Iarranque 0.82 A
Ivacio 0.5 A
 Primer método, variandouna resistencia en la entrada del motor.
Vn (V) V2 (V) N (RPM)
54.00 53.90 3412.70
51.90 38.20 2940.90
48.10 15.40 2080.00
47.80 5.40 548.40
 Segundo método, variandouna resistencia en la armadura del motor.
Vn (V) Ia (A) N (RPM)
54.60 0.09 3478.40
48.80 0.08 2838.10
47.80 0.07 2228.20
46.70 0.05 1708.20
0.00
500.00
1000.00
1500.00
2000.00
2500.00
3000.00
3500.00
4000.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
Nn(RPM)
V2 (V)
V2 vs Nn
 Tercer método, variando unaresistencia en el campo del motor.
Vn (v) Iex (mA) N (RPM)
20.00 126.00 2575.90
20.50 106.00 2917.50
20.10 84.00 3427.90
19.00 52.00 4145.80
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
N(RPM)
Ia (A)
N vs Ia
2000.00
2500.00
3000.00
3500.00
4000.00
4500.00
20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00
N(RPM)
Iex (mA)
Nn vs Iex
V. CUESTIONARIO
1. Mida losvaloresde la corriente de arranque y la corriente de operación envacío de la
máquina y explique el porqué de las diferencias.
𝐼 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = 0.82 A
𝐼 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 = 0.5 A
La corriente de arranque es mayor, ya que tiene que vencer la inercia de masas de las
partes móviles del motor, lo cual genera al inicio un pico de corriente. Una vez que el
motor estabilizosuvelocidad, lacorriente que consumirálamáquina,serála corriente
de vacío (cuando trabaja sin carga).
La corriente de arranque es alto debido a que no posee velocidad angular y está
empezando desde un estado estacionario, se puede mostrar mejor en la siguiente
formula:
2. Siguiendo las normas del Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama completo de
instalacióndel motor ensayado,para los diferentesmétodosde control de velocidad.
 Primer circuito
 Segundo circuito
 Tercer circuito
3. Explique ¿Cómo se regula la corriente de línea que toma el motor cuando se varía la
carga aplicada al eje?
Esta regulación ocurre de la siguiente manera:La corriente de líneaque toma el motor
se lograregular poniendo una resistencia en paralelo variable para poder lograrlo y
variar a la cantidadrequeridaesla forma la cual podría hacerse o mediante unpuente
de resistencias.
Se regulaponiendounreóstato(resistenciavariable) EN SERIE al motor (paraleloentre
la bobinay la armadura),con locual conseguimosuncrecimientoproporcional ylineal
entre el voltaje transferido (Vt) y el número de revoluciones (N en RPM)
4. De los métodosde control de velocidadensayados en el laboratorio, ¿Cuál es el más
óptimo?, explique por qué.
El másóptimoyel más usadoesactuandoenel circuitode campo, ya que conhaciendo
uso de una resistencia se puede lograr pequeñas corrientes que generan mayores o
menores velocidades, enla gráfica se puede apreciarun crecimiento exponencial de la
velocidad. Este métodoesel másusadoenlaindustria, suúnicadesventajaesque si no
se controla adecuadamente la intensidad de campo la maquina puede embalarse.
5. ¿Qué ventaja o desventaja ofrece el control de velocidad con la tensión de la
armadura? Explique la razón que justifica.
Ventajas:
 Se puede controlar con facilidad el número de revoluciones manejando el
voltaje.
 Debido a que la corriente estáenparalelo laresistenciatotal esmenorloque
produce que la corriente no sea mayor
Desventajas:
 El voltaje nominal se reduce debidoaque la corriente nominal aumentaya sus
ves existen perdidas.
 No es práctico, es inestable ya que hace inestable la velocidad gracias a la
variación del torque
VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
 Las maquinas solo se pueden sobre esforzar un 20% como máximo, cuando se llega a
este límite producen un sonido característico que indica su sobre esfuerzo.
 El uso de resistenciasvariables parael arranque de motoresDC, resultaserun método
muy simple y económico, por lo cual es muy usado en las industrias.
 La intensidad en el circuito de campo es mucho menor al circuito de armadura.
 Se usa la conexiónshuntenmáquinasDC cuando se requiere controlarlavelocidadde
estos.
 El métodode lavariaciónde la resistenciade campotiene sus limitaciones. Por
ejemplo no es muy útil en motores DC pequeños debido a que un incremento en la
resistencia de campo no tiene efecto alguno en la velocidad.
 Las pérdidassonmenorescuandoponemosel reóstatoenel circuitode campo gracias
a que no se consume mucha energía resistiva.
 En el métodode variaciónenel voltaje de alimentación, se verificoque amenorvoltaje
en la armadura es menor el número de RPM.
 DC esel métodode control en el circuitode campo, ya que a pequeñas velocidadesse
pueden conseguir altas velocidades del motor.
 Si no se regula la tensión de alimentación al momento de controlarlo el método de
control enel circuitode campo,el motor se puede embalarpresentando gravesdaños.
VII. BIBLIOGRAFÍA
 http://www.monografias.com/trabajos82/control-velocidad-motor-dc/control-
velocidad-motor-dc.shtml
 https://es.wikipedia.org/wiki/Control_de_motores_CD
 http://es.slideshare.net/totycevallos/sistemas-de-control-de-velocidad-de-motores
 http://html.rincondelvago.com/sistemas-de-control-de-maquinas-de-corriente-
continua.html

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  • 1. CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2 GUIA DE LABORATORIO N° 4 APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE VELOCIDAD AL MOTOR DE CORRIENTE CONTÍNUA I. OBJETIVOS Aplicar la tecnología estudiada para elaborar los esquemas de instalación de máquinas de corriente continuayrealizarel montaje respectivoutilizando contactares cuyasbobinasde accionamiento se alimentan con tensión alterna. II. MARCO TEÓRICO Control de los Motores DC Estos variadores permiten controlar la velocidad de motores de corriente continuaserie, derivación, compuesto y de imanes permanentes. Para el caso de cualquiera de las máquinas anteriores se cumple la siguiente expresión: Dónde: : es el Voltaje terminal (V). : es la constante de la máquina. : Flujo magnético producido por el campo : Velocidad mecánica (rpm). Despejando la velocidad mecánica, se obtiene: Entonces,puede observarseque lavelocidadmecánicade unmotorde CC es directamente proporcional al voltaje terminal (VT) e inversamente proporcional al flujo magnético (FM), el cual a su vezdepende de lacorriente de campo(IF).Aprovechandoestasituaciónesque este tipo de variadores puede controlar la velocidad de un motor de CC: controlando su voltaje terminal, o bien, manipulando el valor de la corriente de campo. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA
  • 2. Control Automático de los Motores Este diagrama representa parte de un circuito elemental de control. Cuandose aprietael botónde“arranque”,cerrandoloscontactos2-3,yatravésde labobina del relevador para abastecer la línea L2. La corriente en la bobina M del relevador hace contactoenMhaciendoque se mantengacerrada,demaneraquecuandose sueltael botón de arranque,abriendoloscontactos2-3,quedatodavía uncircuitoa travésdel botón1-2, a través de los contactos M, y a través de la bobina M, a L2. La presión momentánea en el botón de “arranque” excita la bobina del relevador, y los contactos de cierre Mconservan excitada la bobina. En los circuitos de control, la bobina M también cierra los otros contactores, así como el contacto de cierre. Cuandose aprietamomentáneamente el botónde “parar”,el circuitose corta, labobina M pierde suatracciónmagnética,loscontactosM se abren,y al soltarel botónde “parar”, cerrando1-2, nose restablece el circuito.El contactoMy el botónde arranque están abiertos,de maneraque nopuedenexcitarse labobinaMhasta que se cierraotra vez,con el botónde “arranque”,el circuito2-3. Control de armadura con Tiristor En este caso el SCR (Sillicone Controlled Rectifier) puede hacer la mayor parte de las funciones de un reóstato, en el control de la corriente promedio de una carga sin las limitaciones de gran potencia. Estos son pequeños, poco costosos y eficientes en energía. Es natural acoplarel motor para control de armadura para la velocidaddel motor.Segúnla figura el SCR proporciona entonces rectificación de media onda y control al devanado de armadura. Si se da un temprano disparo del SCR, el voltaje y la corriente promedio de la
  • 3. armadura aumentan y el motor puede trabajar con más rapidez. Al disparar el SCR más tarde, se reducen el voltaje y la corriente promedio y el motor trabaja más lento. Sistema de Control de Media Onda Monofásico para la Velocidad de un Motor CD. El funcionamiento de este control se describe a continuación: la corriente alterna que llega se rectifica en un puente de onda completa, cuyo voltaje pulsante de DC se aplica al devanado de campo y al circuito de control de armadura. Se carga el capacitor con la corriente que fluye por el devanado de la armadura, de baja resistencia, a través del diodo D2 y el potenciómetro para el ajuste de velocidad luego sigue a la placa superior del capacitor. El capacitor se carga hasta llegar al voltaje de transición conductiva del SUS [Interruptor unilateral de silicio]. En ese instante el SUS permite que se descargue parte del capacitor en la compuerta del SCR, disparándolo. El ángulo de disparo se determina por la resistencia del potenciómetro de ajuste de velocidad, que determina la rapidez de carga de C. El diodo D3 suprime toda polarización inversa producto del devanado inductivo de la armadura al terminar medio ciclo. Cuando el SCR abre al final de un hemiciclo, la corriente continúa circulando en el lazo D3 y armadura. El objeto de la combinación R1-D1 es proporcionar una trayectoria de descarga para el capacitor C. Recuerde que el SUS no vuelve totalmente a los 0 V, cuando se dispara. El capacitor no puede descargar toda su carga a lo largo del circuito cátodo-compuerta del rectificador del silicio. Queda algo de carga en la placa superior de C. A medida que los pulsos del suministro de DC se acercan a 0, la carga en C se descarga a través de R1 y D1. Así el capacitor pierde toda carga residual para comenzar la siguiente pulsación del puente de diodos.
  • 4. III. ELEMENTOS A UTILIZAR  Multímetro.  Tacómetro.  Amperímetro  Resistencias variables de diferentes valores  Motor de Corriente Continua. IV. PARTE EXPERIMENTAL Datos de placa del motor DC DATOS DE PLACA Vn 50 V In 1 A RPM 3000
  • 5. Datos registrados DATOS REGISTRADOS V alimentación 50 V Ra 26.1 Ω Rf 153.4 Ω Iarranque 0.82 A Ivacio 0.5 A  Primer método, variandouna resistencia en la entrada del motor. Vn (V) V2 (V) N (RPM) 54.00 53.90 3412.70 51.90 38.20 2940.90 48.10 15.40 2080.00 47.80 5.40 548.40  Segundo método, variandouna resistencia en la armadura del motor. Vn (V) Ia (A) N (RPM) 54.60 0.09 3478.40 48.80 0.08 2838.10 47.80 0.07 2228.20 46.70 0.05 1708.20 0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00 4000.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 Nn(RPM) V2 (V) V2 vs Nn
  • 6.  Tercer método, variando unaresistencia en el campo del motor. Vn (v) Iex (mA) N (RPM) 20.00 126.00 2575.90 20.50 106.00 2917.50 20.10 84.00 3427.90 19.00 52.00 4145.80 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 N(RPM) Ia (A) N vs Ia 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00 4000.00 4500.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 N(RPM) Iex (mA) Nn vs Iex
  • 7. V. CUESTIONARIO 1. Mida losvaloresde la corriente de arranque y la corriente de operación envacío de la máquina y explique el porqué de las diferencias. 𝐼 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = 0.82 A 𝐼 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 = 0.5 A La corriente de arranque es mayor, ya que tiene que vencer la inercia de masas de las partes móviles del motor, lo cual genera al inicio un pico de corriente. Una vez que el motor estabilizosuvelocidad, lacorriente que consumirálamáquina,serála corriente de vacío (cuando trabaja sin carga). La corriente de arranque es alto debido a que no posee velocidad angular y está empezando desde un estado estacionario, se puede mostrar mejor en la siguiente formula: 2. Siguiendo las normas del Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama completo de instalacióndel motor ensayado,para los diferentesmétodosde control de velocidad.  Primer circuito
  • 8.  Segundo circuito  Tercer circuito 3. Explique ¿Cómo se regula la corriente de línea que toma el motor cuando se varía la carga aplicada al eje? Esta regulación ocurre de la siguiente manera:La corriente de líneaque toma el motor se lograregular poniendo una resistencia en paralelo variable para poder lograrlo y variar a la cantidadrequeridaesla forma la cual podría hacerse o mediante unpuente de resistencias. Se regulaponiendounreóstato(resistenciavariable) EN SERIE al motor (paraleloentre la bobinay la armadura),con locual conseguimosuncrecimientoproporcional ylineal entre el voltaje transferido (Vt) y el número de revoluciones (N en RPM) 4. De los métodosde control de velocidadensayados en el laboratorio, ¿Cuál es el más óptimo?, explique por qué. El másóptimoyel más usadoesactuandoenel circuitode campo, ya que conhaciendo uso de una resistencia se puede lograr pequeñas corrientes que generan mayores o menores velocidades, enla gráfica se puede apreciarun crecimiento exponencial de la velocidad. Este métodoesel másusadoenlaindustria, suúnicadesventajaesque si no se controla adecuadamente la intensidad de campo la maquina puede embalarse.
  • 9. 5. ¿Qué ventaja o desventaja ofrece el control de velocidad con la tensión de la armadura? Explique la razón que justifica. Ventajas:  Se puede controlar con facilidad el número de revoluciones manejando el voltaje.  Debido a que la corriente estáenparalelo laresistenciatotal esmenorloque produce que la corriente no sea mayor Desventajas:  El voltaje nominal se reduce debidoaque la corriente nominal aumentaya sus ves existen perdidas.  No es práctico, es inestable ya que hace inestable la velocidad gracias a la variación del torque VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES  Las maquinas solo se pueden sobre esforzar un 20% como máximo, cuando se llega a este límite producen un sonido característico que indica su sobre esfuerzo.  El uso de resistenciasvariables parael arranque de motoresDC, resultaserun método muy simple y económico, por lo cual es muy usado en las industrias.  La intensidad en el circuito de campo es mucho menor al circuito de armadura.  Se usa la conexiónshuntenmáquinasDC cuando se requiere controlarlavelocidadde estos.  El métodode lavariaciónde la resistenciade campotiene sus limitaciones. Por ejemplo no es muy útil en motores DC pequeños debido a que un incremento en la resistencia de campo no tiene efecto alguno en la velocidad.  Las pérdidassonmenorescuandoponemosel reóstatoenel circuitode campo gracias a que no se consume mucha energía resistiva.  En el métodode variaciónenel voltaje de alimentación, se verificoque amenorvoltaje en la armadura es menor el número de RPM.  DC esel métodode control en el circuitode campo, ya que a pequeñas velocidadesse pueden conseguir altas velocidades del motor.  Si no se regula la tensión de alimentación al momento de controlarlo el método de control enel circuitode campo,el motor se puede embalarpresentando gravesdaños. VII. BIBLIOGRAFÍA  http://www.monografias.com/trabajos82/control-velocidad-motor-dc/control- velocidad-motor-dc.shtml  https://es.wikipedia.org/wiki/Control_de_motores_CD  http://es.slideshare.net/totycevallos/sistemas-de-control-de-velocidad-de-motores  http://html.rincondelvago.com/sistemas-de-control-de-maquinas-de-corriente- continua.html