GUÍAS PARA EL DESARROLLO DE PRÁCTICAS
DE LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE
CALDAS
ZAIRA FONSECA
JAHN DELGADO
TABLA DE CONTENIDO
MOTOR DE INDUCCION ASINCRONO
fundamentos teóricos
relación de potencias
circuito equivalente
practica 1: obtención del modelo del motor de inducción jaula de ardilla y rotor devanado
practica 2: motor de inducción jaula de ardilla con carga
practica 3: motor de inducción rotor devanado con carga
practica 4: corriente de arranque de un motor de inducción rotor devanado
otras formas de arranque de un motor
MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN
introducción
circuito equivalente
motor de fase partida
motor de arranque por condensador
practica 5: cambio de giro de un motor monofásico de inducción
MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
aspectos constructivos
conceptos básicos
circuito equivalente del motor de c.c.
curva de magnetización de un motor de corriente continua
curva de magnetización de un motor de corriente continua
motor de corriente continua conexión independiente y en derivación o shunt
practica 6: potencia, par y eficiencia de un motor shunt o derivación
control de velocidad en motores c.c. en derivación
practica 7: control de velocidad motor de corriente continua conexión shunt
motor de corriente continua conexión serie
motor de corriente continua conexión compuesta
practica 8: potencia, par y eficiencia de un motor de corriente conexión compuesta diferencial
larga (b2-d3)
practica 9: potencia, par y eficiencia de un motor de corriente conexión compuesta aditiva larga
(b2-d4)
practica 10: potencia, par y eficiencia de un motor de corriente conexión compuesta diferencial
corta (d3-d4)
practica 11: potencia, par y eficiencia de un motor de corriente conexión compuesta aditiva corta
(d4-d3)
practica 12: potencia, par y eficiencia de un motor de corriente conexión compuesta diferencial
larga usando devanado serie (d1-d4)
practica 13: potencia, par y eficiencia de un motor de corriente conexión compuesta aditiva larga
usando devanado serie (d4-d1)
GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA
fundamentos teóricos de los generadores dc
generadores con excitación independiente
generador conexión shunt
practica 14: curva de magnetización de un generador de corriente continua
generador serie
practica 16: curva característica de un generador de corriente continua excitando solo el
devanado serie
generador compound
practica 17: generador compuesto conexión larga aditiva con carga
practica 18: generador compuesto conexión larga detractiva con carga
regulación de voltaje
perdidas en la maquina cc
GENERADORES SINCRONOS
fundamentos teóricos de los generadores síncronos
el circuito equivalente
reacción de la armadura
regulación de voltaje
relación de potencia
relación de potencia aproximada
pruebas de generadores síncronos
practica 17: prueba de circuito abierto para un generador síncrono
practica 15: prueba en corto circuito para un generador síncrono
operación en paralelo de generadores síncronos
practica 16: sincronización de un generador con la red
MOTORES SÍNCRONOS
fundamentos teóricos de los motores síncronos
circuito equivalente del motor síncrono
efecto de los cambios de la carga en un motor síncrono
efecto de los cambios en la corriente de campo de un motor síncrono
arranque de motores síncronos
practica 19: curva en v un motor síncrono en vacío
practica 20: curva en v de un motor síncrono con carga
MOTOR DE INDUCCION O ASINCRONO
1. Fundamentos teóricos
Un motor de inducción está construido de tal forma que no existe una conexión física entre el estator y
el rotor, por lo cual la tensión y corriente en el rotor son inducidas por el estator por medio de campos
electromagnéticos giratorios.
El estator está formando por un apilamiento de chapas de acero al silicio que disponen de unas ranuras
en su periferia interior en las que se sitúa un devanado trifásico distribuido, alimentado por una corriente
del mismo tipo, de tal forma que se obtiene un flujo giratorio de amplitud constante distribuido
sinodalmente por el entre hierro. (Fraile, 2003, p.261)
El rotor está constituido por un conjunto de chapas apiladas, formando un cilindro, que tienen unas
ranuras en la circunferencia exterior, donde se coloca el devanado; en el tipo en forma de jaula de ardilla
se tiene una serie de conductores de cobre o aluminio puestos en corto circuito por dos anillos laterales.
En el caso de rotor devanado o con anillos, se tiene un arrollamiento trifásico similar al situado en el
estator, en el que las tres fases se conectan por un lado en estrella y por el otro se envían a unos anillos
aislados entre sí, esta disposición hace posible la introducción de resistencias externas por los anillos
para limitar las corrientes de arranque, mejorar las características de par y controlar la velocidad. En la
figura 1 se muestra un esquema representativo de las partes constitutivas de un motor de inducción.
(Fraile, 2003, p.261)
Fig. 1 Estator, rotor jaula de ardilla y rotor devanado con anillos. (Fraile, J (2003), Máquinas eléctricas)
1.2. VELOCIDAD SINCRONICA
Al aplicar al estator un conjunto trifásico de voltajes, un conjunto trifásico de corrientes estatóricas que
producen un campo magnético (B), que gira en dirección contraria a las manecillas del reloj. La
velocidad de rotación de este campo magnético se expresa por la ecuación:
𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 =120 fe
P (Ec. 1.)
Donde:
nsinc: velocidad sincrónica, fe: frecuencia del estator (frecuencia de la red), P: número de polos de la
máquina. (Chapman, 2000, p.391)
1.3. VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO
La velocidad de deslizamiento (Ec. 2a) es la diferencia que existe entre la velocidad de sincronismo y la
velocidad del rotor, y el deslizamiento (Ec. 2.b) es la velocidad de deslizamiento expresada sobre una
base en por unidad o en porcentaje. (Chapman, 2000, p.393)
𝑛𝑑𝑒𝑠 = 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 − 𝑛𝑟 (Ec. 2. a)
𝑠 =𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐−𝑛𝑟
𝑛𝑠𝑖𝑛 (Ec. 2. b)
El concepto de velocidad de deslizamiento se da gracias a que el rotor no puede girar a la misma
velocidad de sincronismo, es decir a la velocidad del campo magnético del estator, ya que si esto
sucediera las barras del rotor serian fijas con respecto al campo magnético, y por lo tanto no habría
voltaje inducido, ni corriente por el rotor, como tampoco existiría campo magnético en el rotor, es decir
no habría movimiento.
1.4. FRECUENCIA DEL ROTOR
La frecuencia del rotor es distinta a la del estator gracias al deslizamiento, por lo tanto, puede ser
expresada como:
𝑓𝑟 = 𝑠𝑓𝑒 (Ec. 3.)
1.5. VELOCIDAD MECANICA O DEL ROTOR
La velocidad del rotor puede ser expresada en función de la velocidad sincrónica y el deslizamiento
como:
𝑛𝑟 = (1 − 𝑠)𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 (Ec. 4)
La velocidad angular wr también se puede expresar en función de la velocidad sincrónica angular wsin
y el deslizamiento como:
𝑤𝑟 = (1 − 𝑠)𝑤𝑠𝑖𝑛𝑐 (Ec.5)
1.6. PAR INDUCIDO
Se define como la fuerza que experimenta las bobinas conductoras de corriente, cuando se introducen en
un campo magnético, esta fuerza tiende a hacer girar estas bobinas. También se dice que es el momento
generado por la conversión de potencia eléctrica interna en potencia mecánica. (Chapman, 2000, p.406)
Por lo que se puede obtener mediante la ecuación:
𝑇𝑖𝑛𝑑 =𝑃𝑐𝑜𝑣
𝑤𝑟 (Ec. 6 a) 𝑇𝑖𝑛𝑑 =
𝑃𝐴𝐺
𝑤𝑠𝑖𝑛 (Ec. 6 b)
1.7. PAR MAXIMO
El máximo par posible ocurre cuando la potencia en el entre hierro es máxima, puesto que la potencia en
el entre hierro es igual a la potencia consumida en la resistencia R2/S, el par máximo inducido ocurrirá
cuando la potencia consumida por esa resistencia es máxima. En la figura 2 se muestra el
comportamiento del par inducido y la potencia convertida con respecto a la velocidad de un motor de
inducción.
𝑇𝑚𝑎𝑥 =3𝑉12
4𝜋∗𝑛𝑠𝑖𝑛
60∗[𝑅1+√𝑅12+(𝑋1+𝑋22)]
(Ec. 7)
Fig.2 par inducido y potencia convertida vs velocidad (Chapman, S. (2000), Máquinas eléctricas).
1.8. EFICIENCIA
Cuando la pérdida por rotación es igual a cero, la potencia de salida es igual a la potencia convertida,
por lo tanto, la eficiencia del motor en condiciones ideales es:
𝜼 = 𝟏 − 𝒔 (Ec. 8a) 𝜂 =𝑃𝑐𝑜𝑛𝑣
𝑃𝑒𝑛𝑡 (Ec. 8 b)
1.9. RELACION DE POTENCIAS
1.9.1. POTENCIA DE ENTRADA:
𝑃𝑖𝑛 = √3𝑉𝐹𝐼𝐿 𝑐𝑜𝑠Ө (Ec. 9)
1.9.2. PERDIDAS DEL COBRE DEL ESTATOR: son las perdidas encontradas en los devanados del
estator.
𝑃𝑆𝐶𝐿=3𝐼12𝑅1 (Ec. 10)
1.9.3. POTENCIA DEL NUCLEO: es cierta cantidad de potencia que se pierde por histéresis y por
corrientes parasitas en el estator. (Gc es la conductancia de la rama de magnetización, es decir, el
inverso de Rc). (Chapman, 2000, p.403)
𝑃𝑛𝑢𝑐𝑙𝑒𝑜 = 3𝐸12𝐺𝐶 (Ec.11)
1.9.4. POENCIA EN EL ENTREHIERRO: es la potencia que se transfiere al rotor de la maquina a
través del entrehierro situado entre el rotor y el estator.
𝑃𝐴𝐺 = 𝑃𝑖𝑛 − 𝑃𝑆𝐶𝐿 − 𝑃𝑛𝑢𝑐𝑙𝑒𝑜 (Ec. 12 a) 𝑃𝐴𝐺 = 3𝐼22 𝑅2
𝑆 (Ec. 12 b)
1.9.5. PERDIDAS EN EL COBRE DEL ROTOR: es la porción de potencia transferida al rotor que se
disipa en el cobre del rotor. (Chapman, 2000, p.403)
𝑃𝑅𝐶𝐿=3𝐼22𝑅2 (Ec. 13 a) 𝑃𝑅𝐶𝐿=𝑆∗𝑃𝐴𝐺(Ec. 13 b)
1.9.6. POTENCIA CONVERTIDA: es la que se convierte de potencia eléctrica a mecánica
𝑃𝑐𝑜𝑣 = 𝑃𝐴𝐺 − 𝑃𝑅𝐶𝐿 (Ec. 14 a) 𝑃𝑐𝑜𝑣 = 3𝐼22𝑅2( 1−𝑆
𝑆 ) (Ec. 14 b)
1.9.7. POTENCIA DE SALIDA: es la que resulta de la diferencia entre la potencia convertida, las
potencias por rozamiento propio y por rozamiento con el aire y las potencias misceláneas.
(Chapman, 2000, p.403)
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑣 − 𝑃𝐹&𝑉 − 𝑃𝑚𝑖𝑠𝑐 (Ec. 15)
1.10. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR DE INDUCCION
Fig. 3 circuito equivalente motor de inducción (Chapman, S. (2000), Máquinas eléctricas)
En la figura 3 se muestra un circuito equivalente por fase de un motor de inducción, este es muy
parecido al modelo de un transformador, gracias a el fenómeno de inducción que presenta este tipo de
máquina.
Al igual que en los transformadores, existe una resistencia e inductancia en los devanados de la
máquina, para el estator la resistencia será denominada R1 y la reactancia X1, estas componentes
aparecen en la entrada de la máquina. Así mismo, existe una rama de magnetización que representa el
núcleo de la máquina, las componentes de esta son Rc y XM. E1 es el voltaje inducido en el estator y Er
es el voltaje inducido en el rotor; en el rotor la resistencia y reactancia son llamadas RR y XR, la
resistencia del rotor es constante, independientemente del deslizamiento; la reactancia del rotor se afecta
por el deslizamiento.
Como la reactancia del rotor depende de la inductancia del rotor y de la frecuencia de voltaje y corriente
del rotor, se puede expresar ésta como:
𝑋𝑅 = 𝑠𝑋𝑅0 (Ec. 16)
Donde XR0 es la reactancia del rotor en estado bloqueado.
Cuando se excita un motor monofásico con una fuente trifásica equilibrada, las corrientes de fase deben
ser iguales en magnitud y desfasadas 120° eléctricos. Cuando en las bobinas del estator se aplica un
voltaje, en los devanados del rotor se induce una tensión, por lo tanto, cuanto mayor sea el movimiento
de los campos magnéticos del rotor y el estator, mayor será el voltaje y la frecuencia en el rotor.
El mayor movimiento relativo ocurre cuando el rotor se encuentra bloqueado, en esta condición se
induce el máximo voltaje y frecuencia del rotor; por el contrario, el voltaje cero y la frecuencia cero,
ocurren cuando el motor se mueve a la misma velocidad que el campo magnético del estator, es decir no
hay movimiento relativo. La magnitud y frecuencia del voltaje inducido en el rotor a cualquier velocidad
es proporcional al deslizamiento del rotor. En condiciones del rotor bloqueado la magnitud del voltaje
inducido del rotor será ER0, entonces la magnitud del voltaje inducido para cualquier deslizamiento
estará dada por la ecuación 17.
𝐸𝑅 = 𝑠𝐸𝑅0 (Ec. 17)
El flujo de corriente en el rotor será:
𝐼𝑅 =𝐸𝑅
𝑅𝑅+𝑗𝑋𝑅 (Ec. 18)
𝐼𝑅 =𝐸𝑅
𝑅𝑅+𝑗𝑠𝑋𝑅0 (Ec. 19)
𝐼𝑅 =𝐸𝑅0
𝑅𝑅𝑠
+𝑗𝑋𝑅0
(Ec. 20)
De acuerdo con la ecuación anterior (Ec. 19) la impedancia equivalente del rotor será:
𝑍𝑅𝑒𝑞 =𝑅𝑅
𝑠+ 𝑗𝑋𝑅0 (Ec. 21)
Para el circuito equivalente por fase de un motor de inducción, se debe transferir el circuito del rotor al
estator, o viceversa
Para transferir del rotor al estator se debe tener en cuenta la relación efectiva de vueltas de un motor de
inducción aff, el voltaje del rotor es
𝐸1 = 𝐸𝑅′ = 𝑎𝑓𝑓 ∗ 𝐸𝑅0 (Ec. 22)
la corriente rotórica es
𝐼2 =𝐼𝑅0
𝑎𝑓𝑓 (Ec. 23)
Y la impedancia rotórica es
𝑍2 = 𝑎𝑓𝑓2 ∗ (
𝑅𝑅
𝑠+ 𝑗𝑋𝑅0) (Ec. 24)
Fig. 4 circuito equivalente, incluyendo la Rconv. (Chapman, S. (2000), Máquinas eléctricas)
En la figura 4 se incluye una resistencia Rconv la cual expresa la potencia convertida del motor.
𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣 = 𝑅2
𝑠− 𝑅2 = 𝑅2(
1
𝑠− 1) (Ec. 25)
𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣 = 𝑅2 ∗ (1−𝑠
𝑠) (Ec. 26)
MOTOR ASINCRONO JAULA DE ARDILLA DL1021
TENSION CORRIENTE VELOCIDAD FRECUENCIA
220/380 V Δ/Y 4,4/2,6 A Δ/Y 3460 rpm 60 Hz
POTENCIA F.P. CLASE DE
AISLAMIENTO GRADO DE
PROTECCION
1,1 Kw 0,89 F IP 54
MOTOR ASINCRONO ROTOR DEVANADO DL 1022
TENSION CORRIENTE VELOCIDAD FRECUENCIA
220/380 V Δ/Y
4,9/2,85 A Δ/Y
3460 rpm 60 Hz
POTENCIA F.P. CLASE DE
AISLAMIENTO GRADO DE
PROTECCION
1,1 Kw 0,85 F IP 44
TENSION DE EXCITACIÓN CORRIENTE DE EXCITACIÓN
400 V 2 A.
2. PRACTICA 1: OBTENCION DEL MODELO DEL MOTOR DE INDUCCION JAULA DE
ARDILLA Y ROTOR DEVANADO
2.1. OBJETIVOS
• Hacer uso de las diferentes pruebas para hallar experimentalmente el modelo eléctrico de
un motor de inducción.
• Utilizar los equipos y elementos del laboratorio de máquinas eléctricas para obtener el
modelo de la máquina de inducción.
• Afianzar los conceptos teóricos adquiridos en el aula de clase, con pruebas
experimentales para encontrar el modelo eléctrico de un motor de inducción.
• Identificar el comportamiento de la corriente de arranque del motor, para cualquier
tensión aplicada.
2.2. PRUEBA DE RESISTENCIA DEL ESTATOR.
Esta prueba se efectúa para determinar la resistencia de cada devanado por fase del estator.
Consiste en aplicar una tensión DC en los devanados del estator parta obtener los valores de las
variables de tensión y corriente y aplicar ley de ohm para hallar le valor de la resistencia.
2.2.1. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar antes de realizar la prueba.
B. Para iniciar la prueba conecte el circuito que se ilustra en la figura 5.
Fig. 5 Conexión eléctrica para hallar la resistencia de estator.
Aplicar tensión reducida a los devanados del estator. Esta tensión no debe ser mayor a 2 Vdc,
ya que los devanados sufren calentamiento, por lo tanto, se puede producir daño en los
mismos. Tome la medición de corriente y tensión en cada una de las fases.
C. Calcular la resistencia de cada una de las fases
𝑅𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 =𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎
𝐼𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 (Ec. 27)
Tabla 1. Valores de las variables de los devanados de estator.
D. Hallar el valor por fase de la resistencia de estator con la siguiente ecuación:
𝑅𝑚 =𝑅𝑢+𝑅𝑣+𝑅𝑤
3 (Ec. 28)
NOTA: LA RESISTENCIA QUE SE ENCUENTRA EN LAS ESPECIFICACIONES DE LA
MAQUINA, PUEDE SER USADA PARA VERIFICAR LA MEDICION.
FASE CORRIENTE
I(A)
TENSION
V(V)
R
CALCULADA
(Ω)
U
V
W
Sea Rm el valor con cc de la resistencia entre dos terminales cualesquiera del motor; en caso de no tener
acceso a los terminales de cada devanado por fase, si no contar con una conexión en delta o estrella, la
resistencia por fase del motor será:
R1 =0,5Rm Para conexión estrella.
R1 = 1,5Rm Para conexión delta.
Esto también dependerá de la clase del motor, teniendo en cuenta que cada clase tiene unos parámetros
específicos para hallar R1 y R2.
2.2.2. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación DC DL1013M3
• Conectores
• Motor de inducción DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
2.3.PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO O ROTOR FIJO
En esta prueba el rotor se mantiene estacionario aplicando al eje un par externo contrario al par
motor, es decir, S=1; con el objetivo de hallar la impedancia del rotor referida al estator de la
máquina. Esta prueba es similar a la prueba de corto circuito en un transformador.
2.3.1. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 6, el rotor de la máquina se va encontrar
Fig.6. Conexión de la prueba de rotor bloqueado.
bloqueado por medio de un freno mecánico ubicado en el eje, aplicar tensión reducida al circuito
hasta obtener la corriente nominal de trabajo, tener presente la conexión delta o Y, ya que para cada
conexión la corriente nominal cambia. Realizar medición de tensión (Vrb), corriente (Irb), potencia
(Prb) y factor de potencia en cualquiera o en todas las fases. Recordar que se va hallar el modelo
eléctrico por fase, por lo tanto, con la medición de una sola fase es suficiente.
CONEXIÓN DELTAL O TRIANGULO
TENSION Vrb
(V)
CORRIENTE Irb
(A)
POTENCIA Prb
(W) F.P.
Tabla 2. Valores medidos prueba de rotor bloqueado.
Tabla 3. Valores medidos prueba de rotor bloqueado.
C. De acuerdo con el circuito equivalente aproximado por fase, la impedancia total en serie es
Ž𝑒 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑗(𝑋1 + 𝑋2) = 𝑅𝑒𝑞 + 𝑗𝑋𝑒𝑞 (Ec. 29)
Y conociendo el valor de voltaje, corriente y potencia por fase en condiciones de rotor
bloqueado, hallar el valor de Req, es importante tener presente la conexión Y o Delta, para saber
con exactitud la tensión de fase.
𝑅𝑒𝑞 =𝑃𝑟𝑏
𝐼𝑟𝑏2 (Ec. 30)
Siendo R1 un valor ya conocido (hallada en la prueba de resistencia de estator), hallar el valor de
R2
𝑅2 = 𝑅𝑒𝑞 − 𝑅1 (Ec. 31)
Hallar la magnitud de la impedancia equivalente y la reactancia equivalente.
𝑍𝑒𝑞 =𝑉𝑟𝑏
𝐼𝑟𝑏 (Ec. 32)
𝑋𝑒𝑞 = √𝑍𝑒𝑞2 − 𝑅𝑒𝑞2 (Ec. 33)
CONEXIÓN Y O ESTRELLA
TENSION Vrb
(V)
CORRIENTE Irb
(A)
POTENCIA Prb
(W) F.P.
NOTA: LAS REACTANCIAS X1 Y X2 SE SUPONEN IGUALES,
EN CASO DE CONOCER LA CLASE DEL MOTOR SE APLICA LA RELACION
ESPECIFICA PARA ESTÁ.
X1=X2=0.5Xeq
2.3.2. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Conectores
• Motor de inducción
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AEMC 8220
• Freno mecánico
APLICACIÓN ADICIONAL DE LA PRUEBA
Con los valores de tensión y corriente obtenidos en esta prueba, se puede hallar el valor de la corriente
de arranque del motor a tensión nominal. En la figura 7 se muestra la gráfica de corriente de rotor
bloqueado vs tensión de rotor bloqueado de un motor de inducción, ésta al tener un comportamiento
lineal se puede hallar el valor de la corriente de arranque cuando la tensión del motor es la nominal.
Fig. 7 Corriente de rotor bloqueado vs Tensión de rotor bloqueado de un motor de inducción
Para hallar el valor de la corriente de arranque se hace uso de la ecuación de la recta.
𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏 (Ec. 34)
0
0,91,1
1,62
2,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 20 40 60 80 100
CO
RR
IETN
E D
E A
RR
AN
QU
E [A
]
TENSION DE ALIMENTACION [V]
CORRIENTE DE ARRANQUE A TENSION REDUCIDA
Fig. 8 Corriente de arranque vs Tensión nominal de un motor de inducción.
Se observa que a la tensión nominal del motor 220Vac, la corriente del motor son aproximadamente
7.4A, y a una tensión de alimentación de 380Vac, la corriente de arranque del motor seria 12,27A, si se
observa la placa característica del motor la corriente nominal del motor a 220 Vac es de 4.4A y a
380Vac es de 2.6A, es decir las corrientes de arranque son de aproximadamente de 3 a 6 veces la
nominal.
Conociendo los valores de las resistencias e impedancias del modelo eléctrico del motor (que se
encuentran con las pruebas eléctricas), es posible hallar teóricamente la corriente de arranque del motor
a diferentes valores de alimentación, usando la ecuación 34, con la expresión aproximada de impedancia
equivalente en función de S, teniendo en cuenta que en el arranque el deslizamiento es 1; al obtener los
valores de la corriente de arranque se podrán comparar las magnitudes de los valores teóricos con los
experimentales.
𝐼𝑅 =𝑉𝑠
𝑅1+𝑅2+𝑗(𝑋1+𝑋2) (Ec. 34)
0
2,5
12,27
0
2
4
6
8
10
12
0 50 100 150 200 250 300 350 400
CO
RR
IEN
TE [
A]
TENSION [V]
CORRIENTE DE ARRANQUE A TENSION NOMINAL
VALORES
TEORICOS
VALORES
EXPERIMENTALES
TENSION DE
ALIMENTACION
Vs
1.2 0.9 37.3
1.3 1.1 42
1.72 1.6 53.4
2.03 2.0 62.9
2.50 2.5 77.4
Tabla 4. Valores teóricos y experimentales de corriente de arranque de un motor de inducción
Es posible observar que la diferencia entre los valores experimentales y teóricos no es grande, hay que
recordar que las mediciones realizadas en el laboratorio cuentan con una incertidumbre, gracias a los
equipos de medición utilizados en las pruebas.
2.4.PRUEBA EN VACIO
En esta prueba el motor trabaja libremente sin carga, es decir S=0; determinando de esta forma la rama
de magnetización.
2.4.1. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 9, la máquina girara en vacío por lo cual se debe
aplicar la tensión nominal de la máquina, tener presente la conexión delta o Y, con el objetivo de
conocer la tensión que se debe aplicar.
Fig. 9. Conexión de la prueba en vacío de un motor de inducción.
Realizar medición de tensión (Voc), corriente (Ioc), potencia (Poc) y factor de potencia en
cualquiera o en todas las fases.
CONEXIÓN DELTAL O TRIANGULO
TENSION Voc
(V)
CORRIENTE Ioc
(A)
POTENCIA Poc
(W) F.P.
Tabla 5. Valores medidos prueba en vacío.
Tabla 6. Valores medidos prueba en vacío.
Hallar las resistencias de pérdidas en el núcleo (tener presente la conexión Y o Delta, para saber
con exactitud la tensión de fase)
𝑅𝑓𝑒 =𝑉𝑜𝑐2
𝑃𝑜𝑐 (Ec. 35)
Para hallar la reactancia de magnetización haga uso de las siguientes expresiones
𝑆𝑜𝑐 = 𝑉𝑜𝑐 ∗ 𝐼𝑜𝑐 (Ec. 36)
𝑄𝑜𝑐 = √𝑆𝑜𝑐2 − 𝑃𝑜𝑐2 (Ec. 37)
𝑋𝑚𝑎𝑔 =𝑉𝑜𝑐2
𝑄𝑜𝑐 (Ec. 38)
2.4.2. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Conectores
• Motor de inducción DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AEMC 8220
CONEXIÓN Y O ESTRELLA
TENSION Voc
(V)
CORRIENTE
Ioc
(A)
POTENCIA Poc
(W) F.P.
3. PRACTICA 2: MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA CON CARGA
La prueba se realiza comenzando desde la condición sin carga, ésta se incrementa lentamente y se
registran las lecturas correspondientes a la velocidad del motor, el par en el eje, la potencia de
entrada, el voltaje aplicado y la corriente de línea.
3.1. OBJETIVOS
• Determinar experimentalmente las características velocidad-par de un motor de inducción jaula
de ardilla.
• Realizar las gráficas de comportamiento del motor de inducción jaula de ardilla del laboratorio
de máquinas eléctricas.
• Hacer uso de los datos hallados, para conocer el comportamiento de cargabilidad del motor de
inducción jaula de ardilla.
3.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 10, se debe acoplar al eje del motor el freno
electromagnético, con el fin de aumentar la carga en el eje del motor de inducción, encender el
motor de inducción a tensión nominal 220/380 Vac dependiendo la conexión delta o Y, en el
arranque el freno electromagnético debe estar sin alimentación, es decir, el motor girará en vacío.
Fig.10. conexión para la prueba de motor de inducción con carga
Bajo esta condición, realizar las mediciones de tensión, corriente de línea, potencia, par,
velocidad y factor de potencia. Aumentar gradualmente la carga, amplificando la tensión en el
freno y realizar las mediciones, recordar no superar la corriente máxima de trabajo del motor,
tener en cuenta que está cambia dependiendo de la conexión delta o Y.
PAR
(N*m)
TENSION
DE FASE
(V)
CORRIENTE
DE LINEA
(A)
POTENCIA
(W) VELOCIDAD(rpm)
FACTOR
DE
POTENCIA
Tabla 7. Datos obtenidos en la prueba de motor jaula de ardilla.
Con estos datos medidos graficar:
• Par vs Velocidad.
Para encontrar el par de arranque use la ecuación 39 y el par máximo con la ecuación 7
𝑇𝑎𝑟𝑟 =3∗𝑉12∗𝑅2
[(𝑅1+𝑅2)2+(𝑋1+𝑋2)2]∗𝑤𝑠 (Ec. 39)
De lo contrario solo será graficado el par de trabajo de la máquina.
• Corriente vs Velocidad
• Factor de potencia vs Velocidad
• Par vs Deslizamiento
Las curvas de comportamiento que se esperan encontrar para un motor de inducción son como las que se
muestran en las figuras 11, 12, 13 y 14.
Fig. 11 Curva de par vs velocidad de un motor de inducción jaula de ardilla.
Par de
trabajo
Par
máximo
Par de
arranque
Fig. 12 Curva de corriente vs velocidad de un motor de inducción jaula de ardilla.
Fig. 13 Curva de Factor de Potencia vs velocidad de un motor de inducción jaula de ardilla.
Fig. 14 Curva de par vs deslizamiento de un motor de inducción jaula de ardilla.
0
1
2
3
4
3400 3450 3500 3550 3600
CO
RR
IEN
TE [
A]
VELOCIDAD[rpm]
CORRIENTE VS VELOCIDAD
0
2
4
6
8
10
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
PAR VS DESLIZAMIENTO
APLICACIÓN ADICIONAL DE LA PRUEBA
Con los valores de corriente y factor de potencia obtenidos en la práctica, se puede hallar la curva de
comportamiento del FP del motor de inducción jaula de ardilla respecto al nivel de carga, la cual
muestra el comportamiento del factor de potencia del motor al ir aumentando carga.
Fig. 15 Curva de cargabilidad de un motor de inducción jaula de ardilla.
Como se puede observar en la figura 15, el factor de potencia se incrementa en la misma medida que la
corriente de carga, es decir, a mayor par de carga, mayor es el factor de potencia de la máquina, esto se
debe a que entre mayor deslizamiento menor es la impedancia equivalente del motor lo que equivale a
mayor factor de potencia. Esta grafica puede ser útil para corregir el factor de potencia en una industria
ya que, si se cuentan con muchos reactivos, se puede aumentar la carga de esta máquina y disminuir la
inyección de reactivos a la red.
3.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Conectores
• Motor de inducción jaula de ardilla DL1021
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AEMC 8220
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
0,531
0,6730,763
0,878 0,884
0,3
0,5
0,7
0,9
1,1
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4FAC
TOR
DE
PO
TEN
CIA
CORRIENTE DE CARGA
CURVA DE CARGABILIDAD
4. PRACTICA 3: MOTOR DE INDUCCIÓN ROTOR DEVANADO CON CARGA
La prueba se realiza comenzando desde la condición sin carga, ésta se incrementa lentamente y se
registran las lecturas correspondientes a la velocidad del motor, el par en el eje, la potencia de entrada, el
voltaje aplicado y la corriente de línea.
4.1. OBJETIVOS
• Determinar experimentalmente las características velocidad-par de un motor de inducción de
rotor devanado.
• Realizar las gráficas de comportamiento del motor de inducción de rotor devanado del
laboratorio de máquinas eléctricas.
4.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 16, acople el freno electromagnético al motor; con
el objetivo de controlar la corriente de arranque de la máquina, variar gradualmente el reóstato de
arranque de este motor comenzando desde el valor máximo hasta el valor mínimo que es cero
ohm. Realizar la medición de tensión, corriente de línea, potencia, par, velocidad y factor de
potencia, en condición sin carga. Aumentar gradualmente la carga, elevando la tensión en el
freno y realizando nuevamente las mediciones. No olvidar tener en cuenta la conexión delta o Y
para conocer los límites de tensión y corriente del motor y de esta manera no sobrepasarlos.
Fig. 16. Conexión prueba de rotor devanado con carga.
PAR
(N*m)
TENSION
DE FASE
(V)
CORRIENTE
DE LINEA
(A)
POTENCIA
(W) VELOCIDAD(rpm)
FACTOR
DE
POTENCIA
Tabla 8. Valores obtenidos de la prueba de motor jaula de ardilla con carga.
Con estos datos graficar:
• Par vs Velocidad, no olvidar hallar el par de arranque y el par máximo del motor
(ecuaciones 7 y 39), para obtener la curva completa, de lo contrario, solo será graficado el
par de trabajo del motor.
• Corriente vs Velocidad
• Factor de potencia vs Velocidad
• Par vs potencia
Las curvas características de este motor son Figuras 17, 18, 19 y 20
Fig. 17 Curva de par vs velocidad de un motor de inducción anillos rozantes.
0
5
10
15
20
0 1000 2000 3000 4000
PA
R [
N*m
]
VELOCIDAD[rpm]
PAR VS VELOCIDAD
Fig. 18 Curva de corriente vs velocidad motor de inducción anillos rozantes.
Fig.19 Curva factor de potencia vs velocidad motor de inducción anillos rozantes.
Fig.20 Curva par vs potencia de salida de un motor de inducción anillos rozantes.
0
1
2
3
4
5
3460 3480 3500 3520 3540 3560 3580 3600C
OR
RIE
NTE
DE
AR
MA
DU
RA
[A
]VELOCIDAD [rpm]
CORRIENTE DE ARMADURA VS VELOCIDAD
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
3460 3480 3500 3520 3540 3560 3580 3600TFA
CTO
R D
E P
OTE
NC
IA
VELOCIDAD [rpm]
FACTOR DE POTENCIA VS VELOCIDAD
0
1
2
3
4
0 500 1000 1500
PA
R [
N*m
]
POTENCIA DE SALIDA [W]
PAR VS POTENCIA DE SALIDA
4.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Conectores
• Motor de inducción rotor devanado (anillos rozantes) DL1022
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AEMC 8220
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
5. PRACTICA 4: CORRIENTE DE ARRANQUE DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN ROTOR
DEVANADO
La corriente de arranque en los motores es aproximadamente de 4 a 5 veces su corriente nominal,
esta corriente puede causar daños en los devanados del motor por lo cual se busca reducirlas hasta
que el motor alcance su corriente de trabajo, en este tipo de motor gracias a sus anillos rozantes solo
es necesario agregar resistencias para que la corriente sea reducida.
5.1. OBJETIVOS
• Observar experimentalmente la variación de la corriente de arranque del motor de rotor
devanado, conectando diferentes valores de resistencia a los anillos rozantes de la máquina.
• Analizar la reducción de la corriente en cada cambio de resistencia.
• Comparar las corrientes de arranque entre un motor de inducción jaula de ardilla y un motor de
inducción de rotor devanado.
• Evidenciar el comportamiento del motor al insertar resistencias externas en el rotor, en condición
de trabajo.
5.2.PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 21, como la intención es observar la reducción de
la corriente al insertar diferentes valores de resistencia en el rotor, ubique el reóstato en el valor
máximo 282.3Ω, realizar el arranque de la máquina en tensión nominal y medir la corriente de
arranque, apagar el motor y variar el reóstato a la siguiente posición encender nuevamente el
motor y medir la corriente de arranque, realizar este procedimiento para cada posición del
reóstato. Es importante la conexión delta o Y para aplicar la tensión nominal 220/380 Vac.
Fig.21 Conexión de reóstato de arranque a un motor de rotor devanado
RESISTENCIA DEL REOSTATO CORRIENTE DE ARRANQUE (A)
R1 ≈282.3 Ω
R2≈165.0 Ω
R3≈85.5 Ω
R4≈30.8 Ω
R5≈0 Ω
Tabla 9. Corriente de arranque para cada valor de resistencia.
APLICACIÓN ADICIONAL DE LA PRUEBA
Como se pude en observar en la prueba anterior, al adicionar resistencias externas al rotor (resistencias
rotoricas), por medio de un reostato, la corriente del inducido disminuye, pero tambien se ve afectado el
deslizamiento en el que ocurre el par maximo de la máquina, ademas del par de arranque, puesto que el
deslizamiento es directamente proporcional a la resistencia del rotor R2. Estas resistencias no pueden ser
mucho mayores que la resistencia del estator, ya que exceden el deslizamiento maximo de la maquina,
ya que no son utilizadas solo para el arranque de la máquina, si no durante todo el tiempo de trabajo del
motor.
𝑠 =𝑅2
√𝑅12+(𝑋1+𝑋2)2 (Ec. 40)
Fig.22 Efecto en el par de arranque y par maximo al insertar resistencias externas en el rotor.
Como se observa en la figura 22 al insertar resistencias en al rotor, el par maximo se alcanza a una
velocidad menor, pero éste permanece constante, mientras que el par de arranque a medida que la
resistencia es mayor el par de arranque disminuye.
Una aplicación importante de este fenomeno, se da cuando el motor tiene acoplada una carga muy
grande y desde su arranque debe moverla, por lo tanto necesita que el par maximo se efectue desde el
arranque, para de esta forma no se presenten sobrecalentamientos o daños en el motor.
5.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Conectores
• Motor de inducción rotor devanado (anillos rozantes) DL1022
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600
PA
R[N
*m]
VELOCIDAD [rpm]
INSERCION DE RESISTENCIAS EXTERNAS EN EL ROTOR
R2
R2+68 ohms
R2+56ohms
R2+47ohms
R2+39ohms
R2+33ohms
6. OTRAS FORMAS DE ARRANQUE DE UN MOTOR
6.1. ARRANQUE DE MOTORES DE INDUCCION ESTRELLA TRIANGULO
El objetivo de este tipo de arranque es reducir la corriente de arranque a 2 veces la corriente
nominal, ya que en un arranque directo la corriente es de aproximadamente 5 veces la nominal.
El motor se alimenta directamente a la red, pero conectado en estrella, de este modo se reduce la
tension aplicada, y por tanto, la corriente y el par de arranque tambien disminuye, cuando se
alcanza el punto de trabajo en Y, se conecta en triangulo, cuando este pasa se produce un pico de
corriente, pero no alcanza a ser tan grande como la que se tendria en un arranque directo.
Acontinuacion se muestra un esquema sencillo, usado para este tipo de arranque, en donde se
usan conntactores para hacer el cambio de conexión.
Fig. 23 Esquema de conexión arranque estrella triangulo. (Moeller, 2006, Manual de esquemas)
Fig. 24 curva de corriente vs velocidad y grafica de corriente del arranque estrella-triangulo.
(Moeller, (2006) Manual de esquemas)
6.2. ARRANQUE DE MOTORES DE INDUCCION POR AUTOTRANSFORMADOR
Este arranque es el mas costoso pero es el metodo que proporciona mayor par por amperio
reducido, la corriente de linea se reduce en proporción con el cuadrado de la reduccion de la
tensión, una vez el motor alcanzala velocidad nominal, el autotranformador se elimina del
circuito, aplicandose la tension completa en las terminales del motor.
Fig. 25 Curvas de arranque y esquema de conexión por autotransformador. (Liwschitz-
garik,1978,Maquinas de corriente alterna)
6.3 ARRANQUE DE MOTORES DE INDUCCION CON ARRANCADOR SUAVE
El motor arranca prácticamente sin sacudidas. La reducción de la tensión provoca una reducción
cuadrática del par con relación al par de arranque normal del motor. Los arrancadores suaves son
especialmente adecuados para el arranque de cargas con un curso cuadrático de la velocidad o del
par.
Fig. 26 Esquema de conexión y grafica de par y corriente de arranque con variador suave. (Moeller,
(2006) Manual de esquemas)
PREGUNTAS
• ¿Cómo cambia el par de un motor de inducción cuando cambia la carga?
• ¿Cuánto par puede suministrar (en porcentaje) un motor de inducción en condicion de
arranque?
• ¿Cuanto cae la velocidad de un motor de inducción cuando se carga el eje?
• ¿ Cuales son la ventajes de un motor jaula de ardilla respecto a un motor de rotor devanado?
• Si se aumenta la resistencia del rotor ¿Qué inplicaciones tiene en el par de arranque y en el
par maximo del motor?
MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN 7. Introducción
En su forma básica un motor monofásico de inducción consiste en una máquina asíncrona de jaula de
ardilla cuyo devanado del estator es monofásico.
En este tipo de motores al introducir corriente alterna en el estator crea un campo magnético distribuido
senoidalmente y de tipo pulsante, lo que equivale a tener dos campos magnéticos giratorios iguales, pero
en sentido contrario, que equivalen al comportamiento de una maquina polifásica. Este campo
magnético induce corrientes en el rotor, tal y como en el secundario de un transformador, de tal forma
que el par de rotación originado en las dos partes del devanado del rotor, con el campo inductor del
estator son opuestos, por lo cual el par resultante es cero.
Si el motor gira a una velocidad n, el deslizamiento 𝑠𝑑 del campo giratorio directo (el que gira en el mismo
sentido que el motor) se puede expresar como
𝑠𝑑 = 𝑛1−𝑛
𝑛1= 1 −
𝑛
𝑛1= 𝑠 (Ec. 41)
y el deslizamiento 𝑠𝑖 del campo inverso (el que gira en sentido contrario al del eje del motor) esta
expresado por
𝑠𝑖 = (−𝑛1)−𝑛
(−𝑛1)= 1 +
𝑛
𝑛1= 2 − 𝑠 (Ec. 42)
Fig.27 Curva Par-velocidad de un motor monofásico de inducción. (Fraile, J (2003), Máquinas
eléctricas)
Como el par inverso Mi se opone al par directo Md, este motor consume más corriente que si sólo
actuase un único campo giratorio.
7.1. CIRCUITO EQUIVALENTE
Se puede considerar que el motor monofásico es igual a tener dos motores trifásicos iguales cuyos
rotores están en el mismo eje y sus estatores estas conectados en serie, de esta forma los campos
magnéticos creados giran en el mismo espacio, pero en sentido contrario, gracias a la teoría de los
dos campos giratorios.
Fig. 28 Equivalencia de un motor monofásico con dos trifásico que giran en sentidos contrarios. (Fraile,
J (2003), Máquinas eléctricas)
Si el rotor se encuentra detenido el circuito equivalente se la el que se muestra en la figura 29 a, este
circuito es igual al de un motor asincrono trifasico con S=0.
El circuito equivalente que se muestra en la figura 29 b, corresponde con el descrito en la figura 8, que
consiste en dos partes iguales conectadas en serie, cada una corresponde a un campo giratorio. E1d y E1i
son las tensiones inducidas en el estator debidas a cada campo. Por lo que la tension inducida total en el
estator será
𝐸1 = 𝐸1𝑑 + 𝐸1𝑖 (Ecu. 522)
Fig. 29 Circuito equivalente de un motor monofásico de inducción. (Fraile, J (2003), Máquinas
eléctricas)
Para solucionar de cierta manera, el par de arranque nulo, existen variantes de este motor que consiguen
superar esta limitante, habiendo que el motor se comporte como un motor bifásico.
7.2. MOTOR DE FASE PARTIDA
En este motor se sitúan dos devanados que están desfasados 90° eléctricos, el devanado principal se
compone por una gran reactancia y una baja resistencia y el devanado secundario se compone por una
baja reactancia y una gran resistencia de tal forma que todo esto se conecta en serie con un interruptor
centrifugo que va situado en el eje del motor.
Las intensidades que circulan por los devanados 𝐼𝑝 𝑒 𝐼𝑎 no tienen un desfase de 90° haciendo que resulte
un campo giratorio de naturaleza elíptica, esto se ve debido a que el ángulo formado entre 𝑉 𝑒 𝐼𝑝 es
superior al que existe entre 𝑉 𝑒 𝐼𝑎 , este campo giratorio produce el despegue del motor, y cuando la
velocidad del rotor alcanza un valor del orden del 70% del nominal, el interruptor centrifugo desconecta
el devanado auxiliar, de esta forma el motor queda funcionando como monofásico.
Fig. 30 diagrama fasorial de un motor fase partida y curva par-velocidad de un motor monofásico con
condensador. (Fraile, J (2003), Máquinas eléctricas)
7.3. MOTOR DE ARRANQUE POR CONDENSADOR
En este tipo de motor, el devanado auxiliar lleva en serie un condensador. El empleo de este
condensador ayuda a conseguir un desfase en las corrientes de las bobinas casi en los 90°.
A la circular corriente de valores eficaces iguales y desfasadas entre si 90° la maquina se comporta
como un motor bifásico y genera un campo magnético giratorio que hace girar el motor. El motor con
condensador ofrece un par de arranque considerablemente mayor que con el del montaje de fase partida,
una vez se desconecta el condensador del motor queda funcionando como monofásico empleando el
devanado principal.
Fig. 31 Motor monofásico de arranque por condensador. (Fraile, J (2003), Máquinas eléctricas)
Fig. 32 Diagrama fasorial y curva par velocidad de un motor monofásico con condensador. (Fraile, J
(2003), Máquinas eléctricas)
También existen motores monofásicos de condensador en los que, tanto el condensador como el devanado
auxiliar, permanecen conectados permanentemente. Para esto es necesario que el condensador y el
devanado auxiliar soporte la corriente de trabajo por mucho tiempo, por lo cual, es necesario
dimensionarlos para estas condiciones, en estos motores los devanados, tanto principal y auxiliar son
iguales, para mejorar el arranque de estos motores se suele colocar un condensador adicional en paralelo con
el condensador de funcionamiento normal, este condensador se desconecta en cuanto el motor alcanza
cierta velocidad, por medio de un interruptor centrifugo.
8. PRACTICA 5: CAMBIO DE GIRO DE UN MOTOR MONOFASICO DE INDUCCION
8.1. OBJETIVOS
• Identificar el circuito interno de un motor monofásico de inducción.
• Realizar cambio de giro de un motor monofásico de inducción.
8.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Identificar las bobinas del motor U1-U2, U5-U6 y los extremos del capacitor. Con el multímetro
medir los valores de resistencia de cada uno de los bobinados y el valor de capacitancia del
capacitor. Conectar el circuito ilustrado en la figura 33 e identificar el sentido de giro. El motor
cuenta con una placa de conexiones, usar ésta como apoyo para realizar la prueba, no olvidar
consultar el manual de la máquina. Medir la corriente de arranque del motor en cada uno de los
sentidos y compararlas, además medir la corriente de trabajo del motor y verificar que existan
cambios.
Fig. 33 Sentidos de giro de un motor monofásico de inducción.
GIRO A LA DERECHA GIRO A LA IZQUIERDA
Iarr It Iarr It
Tabla 10. Corriente de arranque y de trabajo de
un motor de inducción monofásico
8.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC
• Conectores
• Motor de inducción fase partida con arranque por capacitor
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
PREGUNTAS
• ¿Cuál es la función del interruptor centrifugo en este tipo de motores?
• ¿Cuál es el mayor problema de un motor monofásico?
• ¿Cuántos grados eléctricos estas desfasados los arrollamientos de un motor fase partida?
MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
9. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS
La máquina de corriente continua está constituida por una parte fija o estator y una parte móvil o rotor.
El estator está formado por una culata (1), que pertenece al circuito magnético inductor y que ejerce la
función de soporte mecánico del conjunto, la culata está perfora en varios puntos de su periferia para
fijar los polos, los cuales están constituidos por los núcleos polares (2), modernamente realizados en
chapas de acero convenientemente apiladas sobre las que se coloca el devanado inductor o de excitación
(8). La parte de los polos próxima AL rotor presente una expansión magnética denominada zapata polar
(3). Para mejor la conmutación, esta maquinas suelen llevar unos polos intermedios (4) y (5), que
reciben también el nombre de interpolos, polos auxiliares o polos de conmutación; el devanado se
conecta en serie con el inducido. (Fraile, 2003, p.480)
El rotor está formado por el inducido (6) y el colector de delgas o conmutador (10). El inducido se
construye con discos de chapa de acero al silicio convenientemente ranurado para alojar en él el
correspondiente devanado. En la figura 35 el arrollamiento del inducido (7) es del tipo en anillo, que hoy
en día ya no se emplea; en la actualidad los arrollamientos son en tambor, disponiendo ambos lados
activos de las espiras en las generatrices externas del apilamiento del rotor. Los devanados de las
máquinas de c.c. sin cerrados, lo cual indica que el bobinado se cierra sobre sí mismo sin principio ni
fin. Los devanados pueden ser imbricados u ondulados, dependiendo de si se cruzan o no las partes de la
bobina observadas desde el lado del colector. (Fraile, 2003, p.480)
Fig.34 Aspectos constructivos de una máquina de corriente continua.
(Fraile, J (2003), Máquinas eléctricas)
Fig. 35 Devanados imbricado y ondulado (Fraile, J (2003), Máquinas eléctricas)
El colector de delgas es el órgano que caracteriza específicamente a estas máquinas y es el encargado de
la conversión mecánica de la c.a. inducida en las bobinas en c.c. de salida. Está formado por láminas de
cobre o delgas cuya sección transversal tiene la forma de cola de milano; las delgas están aisladas entre
sí y el cubo del colector por medio de un dieléctrico de mica. (Fraile, 2003, p.481)
Fig. 36 Sección de un colector de delgas (Fraile, J (2003), Máquinas eléctricas)
La extracción o suministro de corriente al colector se realiza por medio de escobillas de grafito, las
escobillas permanecen fijas, dispuestas en los porta escobillas y de esta manera, mientras gira el rotor,
las escobillas conservan una posición invariable con respecto a los polos de la máquina. La presión
típica de una escobilla sobre el colector debe ser del orden de 0,1 a 0,15 kpa/cm2, lo que se consigue por
la acción de un muelle en espiral cuya presión se ajusta por medio de una palanca dispuesta para ello.
(Fraile, 2003, p.482)
Fig. 37 escobilla, porta escobilla y muelle de ajuste de la presión de contacto.
(Fraile, J (2003), Máquinas eléctricas)
9.1. CONCEPTOS BASICOS
En un motor de c.c. se crea un campo magnético uniforme mediante sus polos. Los conductores de la
armadura se ven forzados a conducir corriente por medio de la conexión a una fuente de energía de c.c.
el conmutador mantiene la misma dirección de la corriente en los conductores bajo cada polo. De
acuerdo con la ecuación de fuerza de Lorentz, un conductor que porta corriente experimenta una fuerza
que tiende a moverlo cuando se coloca en un campo magnético. Todos los conductores situados en la
periferia de un motor c.c. están sujetos a esa fuerza, además la fuerza ocasiona que la armadura gire en
el sentido de las manecillas el reloj, por lo tanto, la armadura de un motor de c.c. gira en dirección del
par desarrollado por el motor. (Gurú, 2003, p. 353)
Fig. 38 fuerza que experimentan los conductores de la armadura en un motor bipolar de corriente
continua. (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y Transformadores)
La ecuación que describe el comportamiento del par desarrollado es:
𝑇𝑑 = 𝐾𝑎Φ𝑝𝐼𝑎 (Ec. 43)
Donde 𝑘𝑎 =𝑃𝑍
2𝜋𝑎, Φp es el flujo por polo y Ia es la corriente de la armadura. (Gurú, 2003, p. 354)
A medida que gira la armadura, en las bobinas se induce una fuerza electromotriz, que se opone a la
corriente que entra en la armadura, esta fuerza es llamada fuerza contra electromotriz (f.c.e.m.)
El voltaje inducido en los motores de c.c. se expresa como
𝐸𝑎 = 𝐾𝑎Φ𝑝𝓌𝑚 (Ec. 45)
Donde wm es la velocidad angular de la armadura en rad/s. (Gurú, 2003, p. 354)
Si Ra es la resistencia total en el circuito de la armadura y Vs el voltaje aplicado en los terminales de la
armadura, la corriente de armadura se expresa como:
𝐼𝑎 =𝑉𝑠−𝐸𝑎
𝑅𝑎 (Ec. 46)
9.2. CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR DE C.C.
Fig.39 Circuito equivalente de un motor de corriente continua. (Chapman, S. (2000), Máquinas
eléctricas)
La f.c.e.m en el momento del arranque vale cero ya que la armadura no está girando. Para un valor de Ra
pequeño la corriente de la armadura será muy alta para el valor de Vs aplicado a los terminales de la
armadura. La corriente en exceso puede causar daños en los devanados, por lo tanto, un motor de
corriente continua nunca debe arrancarse aplicando el voltaje nominal pleno en bornes de su armadura o
rotor; para esto es necesario agregar una resistencia externa en serie con el circuito de la armadura o
utilizar algún circuito regulador de voltaje, que de forma gradual sea reducida a medida que aumenta la
velocidad en el motor, para cuando se alcance la velocidad nominal la resistencia externa sea cero.
Fig. 40 Resistencia variable insertada en serie con la armadura durante el arranque. (Gurú, B (2003),
Máquinas eléctricas y Transformadores)
9.3. CURVA DE MAGNETIZACION DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
El voltaje interno generado Ea de un motor de c.c. este dado por
𝐸𝑎 = 𝐾𝑎 ∗ 𝜙𝑝 ∗ 𝑊𝑚 (Ec. 47)
La corriente de campo en una máquina de c.c. produce una fuerza magnetomotriz que produce un flujo
en el motor.
𝔉 = 𝑁𝑓 ∗ 𝐼𝑓 (Ec. 48)
Como la corriente de campo produce una fuerza magnetomotriz, que a su vez produce flujo en la
máquina y Ea es proporcional al flujo, se presenta la curva de magnetización de la máquina con el
comportamiento de estas variables a una velocidad especifica.
Fig.41 Curva de magnetización de una maquina a una velocidad ꞷ0. (Chapman, S. (2000), Máquinas
eléctricas)
9.4. PERDIDAS EN UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
La potencia de entrada a un motor de c.c. es eléctrica y la potencia de salida es mecánica. Cuando se
suministra potencia a un motor, una parte significativa se disipa en las resistencias de armadura y los
devanados de campo, como perdidas en el cobre. El motor convierte la potencia restante (potencia
desarrollada) en potencia mecánica. Una parte de la potencia desarrollada se consume por la pérdida de
rotación. (Gurú, 2003, p. 356)
Fig. 42 Diagrama de flujo de potencia de un motor de c.c. (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y
Transformadores)
MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA DL1024R
EXCITACIÓN COMPUESTA
EXCITACIÓN SERIE EXCITACIÓN SHUNT
DEVANADO SERIE D3-D4 D1-D4
POTENCIA NOMINAL 1KW 0,7 KW 0,9KW
TENSION NOMINAL 230V 230V 230V
CORREINTE NOMINAL 6A 4,9A 5,4A
VELOCIDAD NOMINAL 3600 rpm 3600rpm 3600rpm
CORRIENTE DE EXITACION 0,37A 2,4A 0,5A -170V
10. MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA CONEXIÓN INDEPENDIENTE Y EN
DERIVACION O SHUNT
La manera en que son conectados los devanados de campo de la máquina de CC y el circuito de rotor o
la armadura dan origen a las distintas conexiones que se presentan en las máquinas de CC con sus
correspondientes características de funcionamiento. De acuerdo con lo anterior se tiene que un motor
con excitación separada o independiente es un motor cuyo circuito de campo es alimentado por una
fuente de potencia separada de voltaje constante, mientras que un motor en derivación es aquel cuyo
circuito de campo obtiene su potencia directamente de los terminales del inducido del motor. Si se
supone que el voltaje de alimentación es constante, no hay diferencia de comportamiento entres estas
dos máquinas, a menos que se especifique lo contrario, siempre se describe el comportamiento de un
motor en derivación, también se incluye el motor de excitación separada. (Chapman, 2000, p. 551)
Fig.43 Motores con excitación independiente y derivación. (Fraile, J (2003), Máquinas eléctricas)
A un voltaje aplicado constante, se genera un flujo constante. El par desarrollado por el motor es:
𝑇𝑑 = 𝐾𝑎𝜙𝐼𝑎 = 𝐾𝐼𝑎 (Ec. 49)
Donde K=KaΦp es una cantidad constante. Por lo tanto. El par que se desarrolla en un motor shunt es
proporcional a la corriente de armadura. Cuando el motor shunt trabaja con cierta carga, la tensión
inducida del motor es:
𝐸𝑎 = 𝑉𝑠 − 𝐼𝑎𝑅𝑎 (Ec. 50)
Puesto que Ea=KaΦwm la velocidad del motor es
𝑊𝑚 =𝑉𝑠−𝐼𝑎𝑅𝑎
𝐾𝑎𝜙𝑝 (Ec. 51)
11. PRACTICA 6: POTENCIA, PAR Y EFICIENCIA DE UN MOTOR SHUNT O
DERIVACION
11.1. OBJETIVOS
• Identificar el comportamiento de un motor c.c. shunt o derivación.
• Hallar las curvas características de un motor c.c. shunt o derivación.
• Manejar adecuadamente los devanados de un motor de corriente continua
11.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 44. Acoplar el freno electromagnético al motor de
c.c. éste se comportará como la carga del motor, encender el motor a tensión nominal 200 Vdc,
variar gradualmente el reóstato de arranque iniciando desde el valor más alto (36,5 Ω), hasta un
valor de 0 Ω. Recordar que éste es obligatorio para encender este tipo de máquina, ya que la
corriente de arranque de este motor es muy alta y puede dañar el devanado de armadura. En
vacío, es decir, con T=0, realizar las mediciones de velocidad n, corriente de armadura Ia,
corriente de campo If, y potencia de salida Pout, variar paulatinamente la carga, aumentando
controladamente la tensión en el freno, y medir nuevamente las variables antes indicadas, hacer
esto para diferentes valores de par T.
Fig.44 Conexión motor c.c. conexión derivada o shunt.
Grafique con los datos obtenidos
• T vs n
• Ia vs n
• Ia vs T
• n vs Pout
Calcule la eficiencia del motor.
𝓃 =𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑒 (Ec. 52)
PAR
(n*m)
VELOCIDAD
(rpm)
CORREITE DE
ARMADURA
(A)
CORRIENTE
DE CAMPO
(A)
POTENCIA
DE SALIDA
(W)
POTENCIA
DE
ENTRADA
(W)
0
Tabla 11. Datos obtenidos en la prueba de potencia, par y eficiencia de un motor c.c. shunt o derivación.
Las curvas características esperadas de este motor se observan en las figuras 45, 46, 47 y 48
Fig. 45 Grafica de par vs velocidad motor c.c. shunt o derivación.
Fig. 46 Grafica de corriente de armadura vs velocidad motor c.c. shunt o derivación.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650
PA
R[N
*m]
VELOCIDAD [rpm]
PAR VS VELOCIDAD
0
1
2
3
4
5
3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650CO
RR
IEN
TE D
E A
RM
AD
UR
A
[A]
VELOCIDAD [rpm]
CORRIENTE DE ARMADURA VS VELOCIDAD
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 1 2 3 4 5
PA
R [
N*m
]
CORRIENTE DE ARMADURA[A]
PAR VS CORRIENTE DE ARMADURA
Fig. 47 Grafica de par vs corriente de armadura motor c.c. shunt o derivación.
Fig. 48 Grafica de potencia desarrollada vs velocidad motor c.c. shunt o derivación.
11.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Banco de alimentación DC DL1013M3
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
• Analizador de potencia AMC8220
12. CONTROL DE VELOCIDAD EN MOTORES C.C. EN DERIVACION
Existen varios métodos utilizados para controlar la velocidad de una máquina de c.c. en derivación que
son:
• Ajustando la resistencia de campo Rf, y por lo tanto el flujo de campo.
• Ajustando el voltaje en los terminales, aplicado al inducido o la armadura.
• Insertando una resistencia en serie con el circuito del inducido.
12.1. Cambio de la resistencia de campo:
Si la resistencia de campo aumenta, la corriente de campo disminuye If, si esta disminuye también
disminuye el flujo de campo Φf. Una disminución de flujo original provoca una disminución en el
voltaje interno generado Ea, lo cual causa un gran aumento en la corriente de armadura de la
0
200
400
600
800
1000
3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650
PO
TEN
CIA
DES
AR
RO
LLA
DA
[W
]
VELOCIDAD [rpm]
POTENCA DESARROLLADA VS VELOCIDAD
máquina Ia, esta aumento en la corriente de armadura Ia, produce aumento en el par inducido Tind y
este a su vez aumenta la velocidad wm, este aumento en la velocidad wm aumenta nuevamente la
tensión inducida Ea y disminuye la corriente de armadura Ia, al disminuir la corriente de armadura Ia
se reduce el par inducido Tind hasta que Tind=Tcarga a una velocidad mayor Wm. Con este método
en posible controlar la velocidad del motor por encima de la velocidad nominal, pero no por debajo
de esta, ya que para que esto ocurra se necesitará mayor corriente por el inducido y de esta forma
causar daño por éste.
Fig. 49 Par inducido vs velocidad, a valores diferentes de resistencia de campo. (Chapman, S. (2000),
Máquinas eléctricas)
12.2. Cambio de voltaje en el inducido:
Otra forma de controlar la velocidad implica el cambio del voltaje aplicado al inducido del motor sin
cambiar el voltaje aplicado al campo. Para realizar este tipo de control, se requiere tener una
conexión independiente, es decir el motor debe ser excitado por separado.
Si el voltaje Va aumenta, se debe aumentar la corriente de armadura, como Ia aumenta el par
inducido Tind aumenta de tal modo que Tind > Tcarga y en consecuencia la velocidad Wm aumenta.
El aumento en la velocidad incrementa Ea y esto disminuye Ia, provocando la disminución del Tind
hasta que este se iguala al Tcarga a una velocidad mayor.
Fig.50 Velocidad vs par inducido, según el cambio de voltaje en el inducido. (Chapman, S. (2000),
Máquinas eléctricas)
12.3. Insertando una resistencia en serie con el circuito del inducido:
Al insertar una resistencia en el circuito del inducido, el motor operara con más lentitud cuando tiene
carga, ya que el par desarrollado no tendrá cambios grandes a medida que la velocidad aumenta. Este
método no es muy usado por su costo, ya que las pérdidas en esta resistencia son muy altas.
Fig. 51 Velocidad vs par inducido insertando resistencia en serie con el circuito del inducido. (Chapman,
S. (2000), Máquinas eléctricas)
Cuando el motor opera a sus valores nominales de corriente, tensión y potencia, el motor estará
girando a velocidad nominal; el control de voltaje en el inducido puedo regular la velocidad del
motor por debajo de la nominal, pero no por encima, ya que para velocidades mayores a la nominal
se necesitará mayor tensión en el inducido y podrá causar daños.
13 PRACTICA 7: CONTROL DE VELOCIDAD MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
CONEXIÓN SHUNT
13.1. OBJETIVO
• Controlar la velocidad de un motor c.c. con los métodos propuestos.
13.2. Insertando una resistencia en serie con el circuito del inducido
13.2.1. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar las pruebas.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 52. Encender el motor a tensión nominal 200
Vdc, variar gradualmente el reóstato de arranque iniciando desde el valor más alto (36,5 Ω),
hasta un valor de 0 Ω. Recordar que éste es obligatorio para encender este tipo de máquina,
ya que la corriente de arranque de este motor es muy alta y puede dañar el devanado de
armadura. Realizar en cada variación las mediciones de resistencia Ra, corriente de
armadura Ia, corriente de campo If, velocidad de giro de la máquina y graficar Ra vs Ia e Ia
vs n
Fig.52 conexión de un motor c.c. en conexión en derivación con resistencia en serie con el inducido.
Ra (Ω)
CORRIENTE
DE
ARMADURA
Ia (A)
CORRIENTE
DE CAMPO If
(A)
VELOCIDAD n
(rpm)
36.5
23.5
10.9
4.9
0
Tabla 12. Control de velocidad insertando una resistencia en
serie con el circuito del inducido.
Los gráficos esperados del control de velocidad de un motor c.c. en derivación con una resistencia en
serie con el inducido se evidencian en la figura 53
Fig.53 Comportamiento de la velocidad respecto a la variación de la resistencia insertada en el
inducido de un motor c.c. en conexión en derivación con resistencia en serie con el inducido.
13.2.2. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC/DC DL1013M3
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
• Analizador de potencia AMC8220
3200
3300
3400
3500
3600
3700
0 10 20 30 40VEL
OC
IDA
D [
rpm
]
RESISTENCIA DEL INDUCIDO [Ω]
VELOCIDAD VS RESISTECIA EN EL INDUCIDO
13.3. Ajustando la resistencia de campo Rf
13.3.1. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Realizar el montaje de la figura 54 teniendo en cuenta en ajustar el valor de voltaje de
alimentación a 200 Vdc y teniendo siempre la precaución de ubicar la resistencia de arranque
en su valor máximo, y ajustar a su valor mínimo el reóstato de campo para así contar con el
mayor valor posible de corriente de campo If. Encender el motor a tensión nominal, de
manera cuidadosa y continua ir variando el reóstato de arranque hasta que su valor de
resistencia sea cero ohmios y tomar el valor de velocidad de rotación en el eje de la máquina.
Una vez hecha esta operación, variar gradualmente de menor a mayor valor el reóstato de
campo y realizar en cada variación las mediciones de resistencia Re, corriente de armadura
Ia, corriente de campo If, y velocidad. En cada punto de medición graficar Re vs If y If vs n.
Fig. 54 Conexión de un motor de c.c. en derivación
Re(Ω)
CORRIENTE DE
ARMADURA Ia
(A)
CORRIENTE DE
CAMPO If (A)
VELOCIDAD n
(rpm)
Tabla 13. Control de velocidad ajustando la resistencia de campo
Los gráficos del control de velocidad de un motor c.c. en derivación ajustando la resistencia de campo se
evidencian en la figura 55.
Fig.55 Comportamiento de la corriente de armadura de un motor c.c. en conexión en derivación con
variación en la resistencia de campo.
13.3.2. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC/DC DL1013M3
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
• Analizador de potencia AMC8220
14. PRACTICA 8: FRENADO DINAMICO DE UN MOTOR C.C. EN CONEXIÓN SHUNT O
DERIVACION.
14.1. OBJETIVOS
• Disminuir el tiempo de frenado de un motor de corriente continua en conexión Hunt o
derivación.
14.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Realizar el montaje de la figura 56, de ser necesario pedir ayuda al personal de los
laboratorios. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las
3550
3600
3650
3700
3750
18 18,5 19 19,5 20
VEL
OC
IDA
D [
rpm
]
RESISTENCIA DE CAMPO [Ω]
VELOCIDAD VS RESISTENCIA DE CAMPO
máquinas y equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba. Ajustar el valor de voltaje
de alimentación a 200 Vdc y teniendo siempre la precaución de ubicar la resistencia de
arranque en su valor máximo, y ajustar a su valor mínimo el reóstato de campo para así
contar con el mayor valor posible de corriente de campo If. Encender el motor a tensión
nominal oprimiendo el pulsador S2, variar el reóstato de arranque hasta que su valor de
resistencia sea cero ohmios y tomar el valor de velocidad de rotación en el eje de la máquina.
Una vez hecha esta operación, ajustar el reóstato de campo de tal forma que se cuente con
una velocidad de giro aproximada de 3600 rpm, luego de verificar la velocidad oprimir el
botón rojo del banco de alimentación, tomar el tiempo de frenado del motor, no olvidar
devolver el reóstato de arranque del motor al valor de máxima resistencia. Encender
nuevamente el banco y encender el motor oprimiendo el pulsador S2, verificar la velocidad
del motor y oprimir el pulsador S1 para apagar el motor e insertar la resistencia en serie con
la armadura, medir nuevamente el tiempo de frenado del motor, el cual será menor al tiempo
de frenado inicial. Si se desea se puede cambiar la resistencia para comprobar el efecto de
ésta en el tiempo de frenado del motor.
Fig. 56a Esquema de control para frenado dinámico de un motor de c.c. en derivación.
Fig. 56b Esquema de potencia para frenado dinámico de un motor de c.c. en derivación.
TIEMPO DE FRENADO SIN
RESISTENCIA
TIEMPO DE FRENADO CON
RESISTENCIA
Tabla 14. Tiempo de frenado de un motor c.c. en conexión shunt o derivación.
14.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC/DC DL1013M3
• Tabla de automatización
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Paro de emergencia
• Cables para control
• Resistencia de potencia (bombillo)
• Contactor de alta potencia
• Cronometro
15. MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA CONEXIÓN SERIE
Es un motor cuyo devanado de campo costa de pocas vueltas conectadas en serie con el circuito del
inducido o armadura. En un motor serie (fig. 57), la corriente del inducido, la corriente de campo y la
corriente es la misma.
Fig.57 Circuito equivalente de un motor serie. (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y
Transformadores)
En un motor en serie cuando se incrementa la carga, también aumenta la corriente de armadura y por lo
tanto el flujo, lo que causa que la velocidad baje, esto afecta la característica par-velocidad de un motor
en serie. El par inducido en este motor se expresa como:
𝑇𝑖𝑛𝑑 = 𝐾𝜑𝐼𝑎 (Ec. 53)
Como en esta máquina el flujo es directamente proporcional a la corriente de armadura entonces el flujo
se puede estar dado por:
𝜙 = 𝑐𝐼𝑎 (Ec. 54)
Donde c es una constante de proporcionalidad, entonces el par inducido en un motor serie está dado por:
𝑇𝑖𝑛𝑑 = 𝐾𝜙𝐼𝑎 = 𝐾𝑐𝐼𝑎2 (Ec. 55)
Es decir, el par es proporcional al cuadrado de la corriente de armadura, por lo que a medida que la
corriente aumenta, el par aumenta drásticamente.
Fig.58 Curvas características de un motor c.c. en serie, en función de la corriente de armadura. (Gurú, B
(2003), Máquinas eléctricas y Transformadores)
Un motor en serie sin carga puede alcanzar una velocidad muy alta, ya que la corriente necesaria para
superar la perdida de rotación es muy pequeña, por lo que la tensión inducida es aproximadamente igual
al voltaje aplicado, por lo que se alcanza una velocidad que puede dañar el motor.
Conforme se aumenta la carga al motor, el par que desarrolla debe crecer. El incremento en el par hace
que la corriente de armadura aumente, el aumento de Ia produce un incremento en la caída de voltaje en
las resistencias del circuito de armadura, del devanado de campo y la de arranque. Para un voltaje fijo
aplicado, la tensión inducida Ea debe disminuir con la carga, como Ea es directamente proporcional a Ia
debe controlarse la velocidad del motor. En la figura 59 se muestra el par desarrollado y la potencia
desarrollada como función de la velocidad. (Gurú, 2003, p.358)
Fig. 59 Par y potencia desarrollados en función de la velocidad de un motor c.c. en serie. (Gurú, B
(2003), Máquinas eléctricas y Transformadores)
16. MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA CONEXIÓN COMPUESTA
Un motor shunt puede tener un devanado de campo en serie adicional, el devanado de campo en serie
puede conectarse de modo que el flujo que produce apoye el flujo establecido por el devanado de campo
shunt, caso en que se trata de un motor compuesto acumulativo. Un motor es compuesto diferencial si el
flujo del devanado de campo en serie se opone al flujo del devanado de campo shunt. (Gurú, 2003,
p.368)
Un motor compuesto puede conectarse como motor shunt en derivación corta o como motor shunt en
derivación larga. En un motor shunt en derivación larga, el devanado de campo shunt se conecta
directamente al suministro. Por otro lado, el devanado de campo shunt de un motor compuesto en
derivación corta se conecta en paralelo con las terminales de la armadura. El flujo creado por el
devanado de campo shunt de un motor shunt en derivación corta disminuye ligeramente con el
incremento en la carga debido a la caída de voltaje a través del devanado de campo en serie. (Gurú,
2003, p.368)
Fig. 60 Conexión larga y corta de un motor c.c. compuesto. (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y
Transformadores)
Las características de un motor compuesto son la mezcla de las características de un motor shunt y
motor en serie. A medida que la carga aumenta en un motor compuesto el flujo total aumenta o
disminuye debido al incremento de la corriente en el devanado serie para un motor compuesto
acumulativo o diferencial, respectivamente, es decir
𝜙𝑝 = 𝜙𝑠ℎ ± 𝐾𝑓 ∗ 𝐼𝑎 (Ec. 56)
Donde 𝜙𝑝 es el flujo total en la máquina, 𝜙𝑠ℎ es el flujo debido al campo shunt y 𝐾𝑓 ∗ 𝐼𝑎 es el flujo
producido por el campo serie, tenga en cuenta que el signo menos es para el motor compuesto
diferencial. (Guru, 2003, p.369)
El aumento/disminución en el flujo con un incremento en la corriente de armadura Ia, ocasiona que el
para aumente /disminuya a una tasa más rápida en un motor compuesto acumulativo/diferencial que un
motor shunt. Esto se basa en el hecho en que el par desarrollado por un motor compuesto es: (Gurú,
2003, p.369)
𝑇𝑑 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐼𝑎 ∗ 𝜙𝑠ℎ ± 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝐼𝑎2 (Ec. 57)
Fig.61 Par desarrollado vs corriente de armadura de las diferentes conexiones de motor de corriente
continua. (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y Transformadores)
El incremento/disminución del flujo acompañado por el aumento en la caída de voltaje a través de las
resistencias del circuito de armadura y del devanado de campo en serie ocasionan que la velocidad del
motor disminuya/aumente con más rapidez que un motor shunt. Esto sucede porque la velocidad del
motor es: (Gurú, 2003, p.369)
𝑊𝑚 =𝑉𝑠−𝐼𝑎(𝑅𝑎−𝑅𝑠)
𝐾𝑎(𝜙𝑠ℎ±𝐾𝑓∗𝐼𝑎) (Ec. 58)
Fig.62 velocidad vs corriente de armadura de las diferentes conexiones de motor de corriente continua.
(Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y Transformadores)
En un motor compuesto diferencial el flujo disminuye con el incremento en la corriente de la armadura,
por lo tanto, existe cierta posibilidad de que un motor compuesto diferencial alcance una velocidad
peligrosamente alta conforme el flujo originado por el devanado de campo serie se aproxima al flujo
creado por el devanado de campo shunt. (Gurú, 2003, p.370)
Un motor compuesto acumulativo tiene una velocidad definida sin carga, de modo que no se embala
como un motor serie cuando se elimina la carga. También desarrolla un par de arranque elevado cuando
la caga se incrementa de forma súbita. Esto lo hace apropiado para aplicaciones que requieran un par de
arranque elevado, sean susceptibles a cambios rápidos de carga y enfrente la posibilidad de pasar de la
condición a plena carga a otra sin carga. (Gurú, 2003, p.370)
17. PRACTICA 9: POTENCIA, PAR Y EFICIENCIA DE UN MOTOR DE CORRIENTE
CONEXIÓN COMPUESTA DIFERENCIAL LARGA (D3-D4)
17.1.OBJETIVOS
• Identificar el comportamiento de un motor c.c. compuesto.
• Hallar las curvas características de un motor c.c. compuesto.
• Manejar adecuadamente los devanados de un motor de corriente continua para la conexión
diferencial larga.
17.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Realizar el montaje de la figura 63 teniendo en cuenta en ajustar el valor de voltaje de
alimentación a 200 Vdc y teniendo siempre la precaución de ubicar la resistencia de arranque
en su valor máximo, y ajustar a su valor mínimo el reóstato de campo para así contar con el
mayor valor posible de corriente de campo If. Encender el motor a tensión nominal, de
manera cuidadosa y continua ir variando el reóstato de arranque hasta que su valor de
resistencia sea cero ohmios y tomar el valor de velocidad de rotación en el eje de la máquina.
Una vez hecha esta operación, ajustar el reóstato de campo de tal forma que se cuente con
una velocidad de giro aproximada de 3600 rpm.
Desenergizar la máquina, tenga en cuenta en volver a ubicar el reóstato de arranque en su
valor máximo y sin modificar el valor de reóstato de campo, acoplar el motor al freno
electromagnético, energizar nuevamente la máquina sin energizar el freno, es decir, con el
motor en vacío realizar las mediciones de par T, velocidad n, corriente de armadura Ia,
corriente de campo If, potencia de entrada Pent y potencia de salida Pd. Aumentar
gradualmente el par en la máquina, aumentando la tensión en el freno y realizar las
mediciones anteriores para cada valor de par T.
Fig.63 Motor c.c. compuesto conexión diferencial larga.
C. Grafique con los datos obtenidos
• T vs n
• Ia vs n
• Ia vs T
• n vs Pd
PAR
(n*m)
VELOCIDAD
(rpm)
CORREITE DE
ARMADURA
(A)
CORRIENTE
DE CAMPO (A)
POTENCIA
DE SALIDA
(W)
POTENCIA
DE
ENTRADA
(W)
0
Tabla 15. Potencia, par y eficiencia de un motor c.c. compuesto conexión diferencial larga.
Las curvas características se muestran en las figuras 64, 65,66 y 67.
Fig.64 Par vs velocidad de un motor c.c. compuesto conexión diferencial larga.
Fig.65 Corriente de armadura vs velocidad de un motor c.c. compuesto conexión diferencial larga.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 3700
PA
R [
N*m
]
VELOCIDAD [rpm]
PAR VS VELOCIDAD
0
1
2
3
4
5
3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 3700
CO
RR
IEN
TE D
E A
RM
AD
UR
A
[A]
VELOCIDAD [rpm]
CORRIENTE DE ARMADURA VS VELOCIDAD
Fig.66 Par vs corriente de armadura de un motor c.c. compuesto conexión diferencial larga.
Fig.67 Velocidad vs potencia desarrollada de un motor c.c. compuesto conexión diferencial
larga.
17.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Banco de alimentación DC DL1013M3
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
• Analizador de potencia AMC8220
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 1 2 3 4 5P
AR
[N
*m]
CORRIENTE DE ARMADURA [A]
PAR VS CORRIENTE DE ARMADURA
0
200
400
600
800
1000
3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 3700PO
TEN
CIA
DES
AR
RO
LLA
DA
[W
]
VELOCIDAD [rpm]
POTENCIA DESARROLLADA VS VELOCIDAD
18. PRACTICA 10: POTENCIA, PAR Y EFICIENCIA DE UN MOTOR DE CORRIENTE
CONEXIÓN COMPUESTA DIFERENCIAL LARGA USANDO DEVANADO SERIE (D1-
D4)
18.1. OBJETIVOS
• Identificar el comportamiento de un motor c.c. compuesto.
• Hallar las curvas características de un motor c.c. compuesto.
• Manejar adecuadamente los devanados de un motor de corriente continua para la conexión
diferencial larga usando D1-D4.
18.2. PROCEDIMIENTO
A. Compruebe el buen estado de los equipos a utilizar y revise los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 68, acople el freno electromagnético al motor y
encender el motor a tensión nominal 200 Vdc con el reóstato de arranque en su valor máximo e ir
variándolo hasta la posición mínima y el reóstato de campo en posición media, establecer la
velocidad del motor a 3600 rpm aproximadamente, variando el reóstato de campo. Sin encender
el freno (T=0) realizar las mediciones de par T, velocidad n, corriente de armadura Ia, corriente
de campo If, potencia de entrada Pent y potencia de salida Pd, aumente gradualmente el par en la
máquina, variando tensión en el freno y realice las mediciones anteriores para cada valor de par
T.
Fig.68 motor c.c. compuesto conexión diferencial larga usando devanado serie.
C. Grafique con los datos obtenidos
• T vs n
• Ia vs n
• Ia vs T
• n vs Pd
PAR
(n*m)
VELOCIDAD
(rpm)
CORREITE DE
ARMADURA
(A)
CORRIENTE
DE CAMPO (A)
POTENCIA
DE SALIDA
(W)
POTENCIA
DE
ENTRADA
(W)
0
Tabla 16. Potencia, par y eficiencia de un motor c.c. compuesto conexión diferencial larga
usando D1-D4
Las curvas características se muestran en las figuras 69, 70, 71 y 72
Fig.69 Par vs velocidad de un motor c.c. compuesto conexión diferencial larga usando devanado serie
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3400 3450 3500 3550 3600 3650 3700 3750
PA
R [
N*m
]
VELOCIDAD [rpm]
PAR VS VELOCIDAD
0
1
2
3
4
5
3400 3450 3500 3550 3600 3650 3700 3750
CO
RR
IEN
TE D
E A
RM
AD
UR
A
[A]
VELOCIDAD [rpm]
CORRIENTE DE ARMADURA VS VELOCIDAD
Fig.70 Corriente de armadura vs velocidad de un motor c.c. compuesto conexión diferencial larga
usando devanado serie
Fig.71 Par vs corriente de armadura de un motor c.c. compuesto conexión diferencial larga usando
devanado serie
Fig.72 Par vs corriente de armadura de un motor c.c. compuesto conexión diferencial larga usando
devanado serie
18.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Banco de alimentación DC DL1013M3
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
• Analizador de potencia AMC8220
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 1 2 3 4 5
PA
R [
N*m
]
CORRIENTE DE ARMADURA [A]
PAR VS CORRIENTE DE ARMADURA
0
200
400
600
800
1000
3400 3450 3500 3550 3600 3650 3700 3750
PO
TEN
CIA
DES
AR
RO
LLA
DA
[W
]
VELOCIDAD [rpm]
POTENCIA DESARROLLADA VS VELOCIDAD
19. PRACTICA 11: POTENCIA, PAR Y EFICIENCIA DE UN MOTOR DE CORRIENTE
CONEXIÓN COMPUESTA ADITIVA LARGA (D4-D3)
19.1. OBJETIVOS
• Identificar el comportamiento de un motor c.c. compuesto.
• Hallar las curvas características de un motor c.c. compuesto.
• Manejar adecuadamente los devanados de un motor de corriente continua para la conexión
aditiva larga.
19.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 73, acoplar el freno electromagnético al motor y
encender el motor a tensión nominal 200 Vdc con el reóstato de arranque en su valor máximo e ir
variándolo hasta la posición mínima y el reóstato de campo en posición media, establecer la
velocidad del motor a 3600 rpm aproximadamente, variando el reóstato de campo. Sin encender
el freno (T=0) realice las mediciones de velocidad n, corriente de armadura Ia, corriente de
campo If, potencia de entrada Pent y potencia de salida Pd, aumente gradualmente el par en la
máquina, variando tensión en el freno y realice las mediciones anteriores para cada valor de par
T, controlar continuamente las corrientes para evitar sobrepasar los valores máximos soportados
por los devanados tanto del motor como del reóstato de campo
Fig.73 Conexión de un motor c.c. compuesto-aditiva larga.
C. Grafique con los datos obtenidos
• T vs n
• Ia vs n
• Ia vs T
• n vs Pd
PAR
(n*m)
VELOCIDAD
(rpm)
CORREITE DE
ARMADURA
(A)
CORRIENTE
DE CAMPO (A)
POTENCIA
DE SALIDA
(W)
POTENCIA
DE
ENTRADA
(W)
0
Tabla 17. Potencia, par y eficiencia de un motor c.c. compuesto conexión aditiva larga.
Las curvas características se muestran en las figuras 74, 75, 76 y 77
Fig.74 Par vs velocidad de un motor c.c. compuesto-aditiva larga
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650
PA
R [
N*m
]
VELOCIDAD [rpm]
PAR VS VELOCIDAD
Fig.75 Corriente de armadura vs velocidad de un motor c.c. compuesto-aditiva larga
Fig.76 Par vs corriente de armadura de un motor c.c. compuesto-aditiva larga
Fig.77 Potencia desarrollada vs velocidad de un motor c.c. compuesto-aditiva larga
0
1
2
3
4
5
3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650C
OR
RIE
NTE
DE
AR
MA
DU
RA
[A]
VELOCIDAD [rpm]
CORRIENTE DE ARMADURA VS VELOCIDAD
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 1 2 3 4 5
PA
R [
N*m
]
CORRIENTE DE ARMADURA [A]
PAR VS CORRIENTE DE ARMADURA
0
200
400
600
800
1000
3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650
PO
TEN
CIA
DES
AR
RO
LLA
DA
[W
]
VELOCIDAD [rpm]
POTENCIA DESARROLLADA VS VELOCIDAD
19.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Banco de alimentación DC DL1013M3
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
• Analizador de potencia AMC8220
20. PRACTICA 12: POTENCIA, PAR Y EFICIENCIA DE UN MOTOR DE CORRIENTE
CONEXIÓN COMPUESTA ADITIVA LARGA USANDO DEVANADO SERIE (D4-D1)
20.1. OBJETIVOS
• Identificar el comportamiento de un motor c.c. compuesto.
• Hallar las curvas características de un motor c.c. compuesto.
• Manejar adecuadamente los devanados de un motor de corriente continua para la conexión
aditiva larga usando D4-D1.
20.2. PROCEDIMIENTO
A. Compruebe el buen estado de los equipos a utilizar y revise los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito que se ilustra en la figura 78, acople el freno electromagnético al motor y
encender el motor a tensión nominal 200 Vdc con el reóstato de arranque en su valor máximo
e ir variándolo hasta la posición mínima y el reóstato de campo en posición media, establecer
la velocidad del motor a 3600 rpm aproximadamente, variando el reóstato de campo. Sin
encender el freno (T=0) realice las mediciones de par T, velocidad n, corriente de armadura
Ia, corriente de campo If, potencia de entrada Pent y potencia de salida Pd, aumente
gradualmente el par en la máquina, variando tensión en el freno y realice las mediciones
anteriores para cada valor de par T
Fig. 78 Motor c.c. compuesto conexión aditiva larga usando devanado serie.
C. Grafique con los datos obtenidos
• T vs n
• Ia vs n
• Ia vs T
• n vs Pd
PAR
(n*m)
VELOCIDAD
(rpm)
CORREITE DE
ARMADURA
(A)
CORRIENTE
DE CAMPO (A)
POTENCIA
DE SALIDA
(W)
POTENCIA
DE
ENTRADA
(W)
0
Tabla 18. Potencia, par y eficiencia de un motor c.c. compuesto conexión aditiva larga usando
D4-D1
Las curvas características se muestran en las figuras 79, 80, 81 y 82
Fig.79 Par vs velocidad de un motor c.c. compuesto conexión aditiva larga usando devanado serie
Fig.80 Corriente de armadura vs velocidad de un motor c.c. compuesto conexión aditiva larga usando
devanado serie
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3000 3100 3200 3300 3400
PA
R [
N*m
]
VELOCIDAD [rpm]
PAR VS VELOCIDAD
0
1
2
3
4
5
3000 3100 3200 3300 3400
CO
RR
IEN
TE D
E A
RM
AD
UR
A
[A]
VELOCIDAD [rpm]
CORRIENTE DE ARMADURA VS VELOCIDAD
Fig.81 Par vs corriente de armadura de un motor c.c. compuesto conexión aditiva larga usando devanado
serie
Fig.82 Par vs corriente de armadura de un motor c.c. compuesto conexión aditiva larga usando devanado
serie
20.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Banco de alimentación DC DL1013M3
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
• Analizador de potencia AMC8220
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 1 2 3 4 5P
AR
[N
*m]
CORRIENTE DE ARMADURA [A]
PAR VS CORRIENTE DE ARMADURA
0
200
400
600
800
1000
3000 3100 3200 3300 3400
PO
TEN
CIA
DES
AR
RO
LLA
DA
[W
]
VELOCIDAD [rpm]
POTENCIA DESARROLLADA VS VELOCIDAD
21. PRACTICA 13: POTENCIA, PAR Y EFICIENCIA DE UN MOTOR DE CORRIENTE
CONEXIÓN COMPUESTA DIFERENCIAL CORTA (D3-D4)
21.1. OBJETIVOS
• Identificar el comportamiento de un motor c.c. compuesto.
• Hallar las curvas características de un motor c.c. compuesto.
• Manejar adecuadamente los devanados de un motor de corriente continua para la conexión
diferencial corta.
21.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 83, acoplar el freno electromagnético al motor y
encender el motor a tensión nominal 200 Vdc con el reóstato de arranque en su valor máximo e
ir variándolo hasta la posición mínima y el reóstato de campo en posición media, establecer la
velocidad del motor a 3600 rpm aproximadamente, variando el reóstato de campo. Sin encender
el freno (T=0) realice las mediciones de par T, velocidad n, corriente de armadura Ia, corriente
de campo If, potencia de entrada Pent y potencia de salida Pd, aumente gradualmente el par en
la máquina, variando tensión en el freno y realice las mediciones anteriores para cada valor de
par T.
Fig.83 Motor c.c. compuesto conexión diferencial corta.
C. Grafique con los datos obtenidos
• T vs n
• Ia vs n
• Ia vs T
• n vs Pd
PAR
(n*m)
VELOCIDAD
(rpm)
CORREITE DE
ARMADURA
(A)
CORRIENTE
DE CAMPO (A)
POTENCIA
DE SALIDA
(W)
POTENCIA
DE
ENTRADA
(W)
0
Tabla 19. Potencia, par y eficiencia de un motor c.c. compuesto conexión diferencial corta.
Las curvas características se muestran en las figuras 84, 85, 86, 87
Fig.84 Par vs velocidad de un motor c.c. compuesto diferencial corta
PA
R [
N*m
]
VELOCIDAD [rpm]
PAR VS VELOCIDAD
Fig.85 Corriente de armadura vs velocidad de un motor c.c. compuesto diferencial corta
Fig.86 Par vs corriente de armadura de un motor c.c. compuesto diferencial corta
Fig.87 Potencia desarrollada vs velocidad de un motor c.c. compuesto diferencial corta
CO
RR
IEN
TE D
E A
RM
AD
UR
RA
[A
]VELOCIDAD [rpm]
CORRIENTE DE ARMADURA
PA
R [
N*m
]
CORRIENTE DE ARMADURA [A]
PAR VS CORRIENTE DE ARMADURA
0
200
400
600
800
1000
3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 3700PO
TEN
CIA
DES
AR
RO
LLA
DA
[W
]
VELOCIDAD
POTENCIA DESARROLLADA VS VELOCIDAD
21.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Banco de alimentación DC DL1013M3
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
• Analizador de potencia AMC8220
22. PRACTICA 14: POTENCIA, PAR Y EFICIENCIA DE UN MOTOR DE CORRIENTE
CONEXIÓN COMPUESTA ADITIVA CORTA (D4-D3)
22.1. OBJETIVOS
• Identificar el comportamiento de un motor c.c. compuesto.
• Hallar las curvas características de un motor c.c. compuesto.
• Manejar adecuadamente los devanados de un motor de corriente continua para la conexión
aditiva corta.
22.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el circuito que se ilustra en la figura 88, acople el freno electromagnético al motor y
encender el motor a tensión nominal 200 Vdc con el reóstato de arranque en su valor máximo e
ir variándolo hasta la posición mínima y el reóstato de campo en posición media, establecer la
velocidad del motor a 3600 rpm aproximadamente, variando el reóstato de campo. Sin
encender el freno (T=0) realizar las mediciones de par T, velocidad n, corriente de armadura
Ia, corriente de campo If, potencia de entrada Pent y potencia de salida Pd, aumentar
gradualmente el par en la máquina, variando tensión en el freno y realice las mediciones
anteriores para cada valor de par T.
Fig.88 motor c.c. compuesto conexión aditiva corta.
C. Grafique con los datos obtenidos
• T vs n
• Ia vs n
• Ia vs T
• n vs Pd
PAR
(n*m)
VELOCIDAD
(rpm)
CORRIENTE
DE
ARMADURA
(A)
CORRIENTE
DE CAMPO (A)
POTENCIA
DE SALIDA
(W)
POTENCIA
DE
ENTRADA
(W)
0
Tabla 20. Potencia, par y eficiencia de un motor c.c. compuesto conexión aditiva corta.
Las curvas características se muestran en las figuras 89, 90, 91y 92
Fig.89 Par vs velocidad de un motor c.c. compuesto-aditiva corta
Fig.90 Corriente de armadura vs velocidad de un motor c.c. compuesto-aditiva corta
Fig.91 Par vs corriente de armadura de un motor c.c. compuesto-aditiva corta
PA
R [
N*m
]
VELOCIDAD [rpm]
PAR VS VELOCIDAD
CO
RR
IEN
TE D
E A
RM
AD
UR
A
[A]
VELOCIDAD [rpm]
CORRIENTE DE ARMADURA VS VELOCIDAD
PA
R [
N*m
]
CORRIENTE DE ARMDURA [A]
PAR VS CORRIENTE DE ARMADURA
Fig.92 Potencia desarrollada vs velocidad de un motor c.c. compuesto-aditiva corta
22.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Banco de alimentación DC DL1013M3
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
• Conectores
• Motor DC DL1024R
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Módulo de medición digital del par DL2006 C
• Freno electromagnético DL1019M
• Analizador de potencia AMC8220
PREGUNTAS
• ¿Cómo cambiar el sentido de un motor c.c.?
• ¿Es posible trabajar un motor únicamente con el devanado serie?
• ¿En qué porcentaje varía la velocidad del motor compuesto entre la conexión aditiva y la
conexión detractiva, tanto corta como larga?
• ¿Qué implicaciones se obtienen al insertar en la conexión compuesta el devanado serie D1-D4?
0
200
400
600
800
1000
3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650P
OTE
NC
IA D
ESA
RR
OLL
AD
A
[W]
VELOCIDAD [rpm]
POTENCIA DESARROLLADA VS VELOCIDAD
GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA 23. FUNDAMENTOS TEORICOS DE LOS GENERADORES DC
Los generadores de cc convierten una energía mecánica en energía eléctrica en forma de corriente
continua, estas máquinas constan de un circuito de excitación que va en el estator, y de un circuito de
inducido giratorio provisto del colector. El devanado de excitación está formado por el arrollamiento de
todos los polos que contenga la máquina conectados en serie, pero de tal forma que se generen los polos
de la máquina, mientras el inducido donde se alojan las bobinas que lo conforma el circuito de
armadura, gira dentro del campo magnético y se genera así una tensión inducida.
Fig. 93 Corte de una máquina de corriente continua. (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y
Transformadores)
23.1. EXCITACIÓN DE LOS INDUCTORES
El campo magnético necesario para que un generador pueda funcionar se puede producir de dos
formas claramente diferenciadas: mediante un imán permanente o electroimanes alimentados por
corriente continua.
Dado que los imanes permanentes producen un campo magnético no muy intenso y sin
posibilidad de ser variable (sin posibilidad de regulación), se recurre a las bobinas de excitación
cuando se desea la obtención de un campo magnético con posibilidad de regulación. Estas
bobinas son alimentadas por corriente continua para así producir un campo magnético constante.
Dependiendo de cómo se obtenga la energía eléctrica necesaria para alimentar el circuito inductor
de un generador y dependiendo de cómo se conecten surgen diferentes tipos de excitación.
• Generador de excitación independiente.
• Generador auto excitado.
24. GENERADORES CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE
La corriente de excitación con la que se alimenta a las bobinas inductoras se proporciona mediante
una fuente de energía exterior de CC. La condición de estado estable supone que no hay ningún
cambio apreciable en la corriente de la armadura o en su velocidad, esencialmente no hay cambio
en la energía mecánica o en la energía magnética del sistema.
Fig. 94 Circuito equivalente de un generador CC con excitación independiente. (Gurú, B (2003),
Máquinas eléctricas y Transformadores)
25. GENERADOR CONEXIÓN SHUNT
En esta conexión el devanado de armadura está conectado en paralelo con el devanado inductor, la
excitación se regula por medio de un reóstato de campo conectado en serie con en el inductor.
Puesto que circuito inductor y el circuito de la carga están ambos conectados a través de los
terminales del generador, cualquier corriente engendrada en el inducido tiene que dividirse entre
esas dos trayectorias en proporción inversa a sus resistencias y, puesto que la parte de la corriente
pasa por el circuito inductor es relativamente elevada, la mayor parte de la corriente pasa por el
circuito de la carga, impidiendo así el aumento de la intensidad del campo magnético esencial para
producir el voltaje normal entre los terminales.
Fig. 95 Circuito equivalente de un generador en conexión shunt o derivación. (Gurú, B (2003),
Máquinas eléctricas y Transformadores)
GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA DL1024R
EXCITACIÓN COMPUESTA
EXCITACIÓN SERIE
EXCITACIÓN SHUNT
DEVANADO SERIE D3-D4 D1-D4
POTENCIA NOMINAL 1KW 0,8 KW 0,9KW
TENSION NOMINAL 220V 185V 220V
CORREINTE NOMINAL 4,5A 4,4A 4,1ª
VELOCIDAD NOMINAL 3450 rpm 3450rpm 3450rpm
CORRIENTE DE EXITACION 0,6A 0,6A -210V
26. PRACTICA 15: CURVA DE MAGNETIZACIÓN DE UN GENERADOR DE
CORRIENTE CONTINUA
26.1. OBJETIVOS
• Hallar la curva de magnetización de una máquina de corriente continúa funcionando como
generador.
• Analizar el comportamiento de un generador de corriente continua en vacío.
26.2. PROCEDIMIENTO
A. Compruebe el buen estado de los equipos a utilizar y revise los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito que se ilustra en la figura 96 con la máquina de CC funcionando como
generador. Como elemento impulsor se utiliza otra máquina de c.c. pero operando como motor
en conexión shunt o en derivación, energizada a 200 Vdc. Se debe tener la precaución antes de
arrancar el motor de CC que el reóstato de arranque se encuentre en su valor máximo y que el
reóstato del circuito de campo o inductor se encuentre en una posición media. Después de
haberse acoplado las máquinas y haber pulsado el botón de arranque, se deberá ajustar la
velocidad del conjunto de máquinas a 3600 rpm con ayuda del reóstato de campo del motor de
c.c.
Fig. 96 Conexión de un generador en conexión shunt o derivación.
C. Utilizando la fuente DC de 1A del banco del Laboratorio, variar lentamente la alimentación del
circuito de campo de la máquina de CC que opera como generador, para así variar
progresivamente la corriente de campo del generador, y poder observar la dependencia de la
tensión generada con respecto a la corriente de campo de la máquina. Para esto se debe medir
en la salida del generador la tensión inducida a varios valores de corriente de campo,
recordando que entre más valores tomados más exacta será la curva de magnetización.
Graficar tensión inducida Ea vs corriente de campo If.
CORRIENTE DE
CAMPO If
TENSION
INDUCIDA Ea
Tabla 21 Datos para curva de magnetización
D. Repetir el procedimiento descrito en el punto C, pero ahora ajustando la velocidad de giro del
conjunto a un valor inferior de 3600 rpm a través de la manipulación del reóstato de campo de
la máquina de CC que opera como motor impulsor. Tomar datos y graficar para comparar.
La curva de magnetización esperada se muestra en la figura 96, donde se ve la variación de la tensión
generada con respecto a la variación de corriente de campo a una misma velocidad. El comportamiento
de la tensión generada por la máquina a diferentes velocidades se puede apreciar en la figura 97
Fig. 97 Curva de magnetización de un generador de corriente continua en conexión
independiente
Figura 98 Curva de magnetización a diferentes velocidades de un generador cc conexión
independiente o shunt
0
50
100
150
200
250
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
TEN
SIO
N IN
DU
CID
A [
Vac
]
CORRIENTE DE CAMPO If [A]
CURVA DE MAGNETIZACION GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600
TEN
SIO
N IN
DU
CID
A [
Vd
c]
CORRIENTE DE CAMPO [mA]
CURVA DE MAGNETIZACION GENERADOR CORRIENTE CONTINUA
3600 RPM
3500 RPM
3400 RPM
26.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• 2 motores de corriente continua DL1024R
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• 2 módulos de cargas DL1017
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
27. PRACTICA 16: GENERADOR CONEXIÓN SHUNT CON CARGA
27.1. OBJETIVOS
• Hallar el comportamiento de un generador shunt con aumento de carga.
27.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas
y equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito que se muestra en la figura 99. Con el motor c.c. acoplado al generador,
conectar la carga que tendrá un valor inicial de 0 Ω proceder a encender el motor c.c. a
tensión nominal 200 Vdc, con el reóstato de arranque en el valor máximo y el reóstato de
campo en su valor medio, variar el reóstato de arranque despacio y cuidadosamente hasta su
posición mínima de 0 Ω y el reóstato de campo hasta ajustar la velocidad del motor
aproximadamente a 3600 rpm. Recordar que este motor no se debe encender sin la
variación del reóstato de arranque ya que es el que controla la corriente de arranque
evitando que se produzcan daños en los devanados del motor.
En estas condiciones (Rcarga=0) realizar las mediciones de tensión inducida Ea, corriente
de carga Icar y la corriente de campo If, ésta última se mide para controlarla y evitar que
supere la permitida por el devanado. Aumentar gradualmente la carga y realizar
nuevamente las mediciones de tensión inducida Ea, corriente de carga Icar y la corriente de
campo If. Para obtener varios valores de carga es necesario hacer varias combinaciones en
paralelo y serie de las resistencias del banco, ya que se necesitan valores en un intervalo de
60 a 2400 Ω. La corriente de carga dentro de este intervalo será la permitida por el motor,
para otros valores de resistencia se debe calcular la corriente que se debe mantener por
debajo de 4 amperios, que es la corriente permitida por la máquina.
Fig. 99 Conexión de un generador en conexión shunt o derivación con carga.
RESISTENCIA DE
CARGA
TENSION
INDUCIDA Ea
CORRIENTE DE
CARGA Icarga
CORRIENTE DE
CAMPO If
0
Tabla 22. Datos obtenidos de la prueba de generador shunt con carga.
La curva característica de un generador en conexión shunt o derivación se observa en la figura 100.
Fig. 100 curva característica de un generador de corriente continua con carga
27.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• 2 motores de corriente continua DL1024R
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• 2 módulos de cargas DL1017
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
28. GENERADOR SERIE
El devanado inductor se conecta en serie con el inducido, de tal forma que toda la corriente que el
generador suministra a la carga fluye por igual por ambos devanados. Dado que la corriente que
atraviesa al devanado inductor es elevada, se construye con pocas espiras de gran sección. Tiene el
inconveniente de no excitarse al trabajar en vacío. Así mismo se muestra muy inestable por
aumentar la tensión en bornes al hacerlo la carga, por lo que resulta poco útil para la generación de
energía eléctrica. Para la puesta en marcha es necesario que el circuito exterior esté cerrado.
La excitación de un generador en serie se lleva a cabo cuando los devanados de excitación y del
inducido se conectan en serie y, por lo tanto, la corriente que atraviesa el inducido en este tipo de
generador es la misma que la que atraviesa la excitación. Este último devanado, está constituido
por pocas espiras con hilo conductor de gran sección, pues la f.e.m. necesaria para producir el
campo principal se consigue con fuertes corrientes y pocas espiras.
185
190
195
200
205
210
0 1000 2000 3000 4000 5000TEN
SIO
N IN
DU
CID
A [
V]
CORRIENTE DE CARGA [mA]
CURVA CARACTERISTICA GENERADOR SHUNT O DERIVACION CON CARGA
Fig. 101 Circuito equivalente de un generador serie (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y
Transformadores)
29. PRACTICA 17: CURVA CARACTERISTICA DE UN GENERADOR DE CORRIENTE
CONTINÚA EXCITANDO SOLO EL DEVANADO SERIE
29.1. OBJETIVOS
• Observar el comportamiento del generador de corriente continua excitando solo devanado
serie.
• Hallar la curva característica de magnetización del devanado serie de un generador de
corriente continua.
29.2. PROCEDIMIENTO
A. Compruebe el buen estado de los equipos a utilizar y revise los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito de la figura 102. Con el generador sin carga, encender la máquina de
corriente continúa funcionando como motor, alimentándola a 200 Vdc, ésta debe girar a
aproximadamente a 3600 rpm. Variar progresivamente la excitación serie del generador, y
medir en la salida del generador la tensión inducida. Graficar tensión inducida Ea vs corriente
de campo If serie.
Fig. 102 Conexión de un generador serie
CORRIENTE DE
CAMPO If
TENSION
INDUCIDA Ea
Tabla 23. Datos curva de magnetización generador cc conexión serie.
La curva de magnetización que se muestra en la figura 103 es usando el devanado serie D1-D4
Fig. 103 Curva de magnetización de un generador de corriente continua excitando devanado serie.
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5
TEN
SIO
N IN
DU
CID
A E
a [V
ac]
CORRIENTE DE CAMPO SERIE [A]
CURVA DE MAGNETIZACION EXCITANDO DEVANADO SERIE D1-D4
En la figura 104 se muestra la curva de magnetización de un generador de corriente continua usando el
devanado serie D3-D4 que tiene un valor muy pequeño de resistencia, para realizar esta curva es
necesario conectar en serie con este devanado una resistencia, con el fin de evitar que por el devanado
circule una corriente superior a la máxima soportada por éste. El valor de esta resistencia debe ser
hallado con la tensión inducida y la corriente que circularía por ésta.
Fig. 104 curva de magnetización usando el devanado serie D3-D4
29.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• 2 motores de corriente continua DL1024R
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• 2 módulos de cargas DL1017
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
30. GENERADOR COMPOUND
El generador compound es la unión entre un generador shunt y un generador serie en uno solo,
resaltando que la unión de los dos haría que tuviéramos un generado con un muy buen
comportamiento, cuando se agrega la fmm del campo serie a la fmm del campo shunt, se habla de
un generador compound acumulativo, de otro modo se denomina generador compound diferencial.
0
10
20
30
40
50
0 1000 2000 3000 4000 5000
TEN
SIO
N IN
DU
CID
A [
Vd
c]
CORRIENTE DE CAMPO [mA]
CURVA DE MAGNETIZACION DEVANADO SERIE D3-D4
Fig.105 Circuitos equivalentes de generadores compound en derivación corta a) cumulativo y b)
diferencial. (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y Transformadores)
Fig. 106 Circuitos equivalentes de generadores compound en derivación larga a) cumulativo y b)
diferencial. (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y Transformadores)
31. PRACTICA 18: GENERADOR COMPUESTO CONEXIÓN LARGA ADITIVA CON
CARGA
31.1.OBJETIVOS
• Hallar el comportamiento de un generador compuesto conexión larga aditiva con aumento de
carga.
31.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las
máquinas y equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito que se muestra en la figura 107. Con el motor c.c. acoplado al
generador, conectar la carga que tendrá un valor inicial de 0 Ω proceder a encender el
motor c.c. a tensión nominal 200 Vdc, con el reóstato de arranque en el valor máximo y
el reóstato de campo en su valor medio, variar el reóstato de arranque despacio y
cuidadosamente hasta su posición mínima de 0 Ω y el reóstato de campo hasta ajustar la
velocidad del motor aproximadamente a 3600 rpm. Recordar que este motor no se debe
encender sin la variación del reóstato de arranque ya que es el que controla la corriente
de arranque evitando que se produzcan daños en los devanados del motor.
En estas condiciones (Rcarga=0) realizar las mediciones de tensión inducida Ea,
corriente de carga Icar y la corriente de campo If, ésta última se mide para controlarla y
evitar que supere la permitida por el devanado. Aumentar gradualmente la carga y
realizar nuevamente las mediciones de tensión inducida Ea, corriente de carga Icar y la
corriente de campo If. Para obtener varios valores de carga es necesario hacer varias
combinaciones en paralelo y serie de las resistencias del banco, ya que se necesitan
valores en un intervalo de 60 a 2400 Ω. La corriente de carga dentro de este intervalo
será la permitida por el motor, para otros valores de resistencia se debe calcular la
corriente que se debe mantener por debajo de 4 amperios, que es la corriente permitida
por la máquina.
Fig. 107 Conexión de un generador compound larga aditiva
RESISTENCIA DE
CARGA
TENSION
INDUCIDA Ea
CORRIENTE DE
CARGA Icarga
CORRIENTE DE
CAMPO If
0
Tabla 24 Comportamiento de un generador compuesta aditiva.
La curva de comportamiento de generador compuesto conexión larga aditiva se muestran en la
figura 108, este comportamiento se obtiene usando el devanado serie D1-D4 el cual tiene una
resistencia de ± 9Ω, en la figura 109 se muestra este mismo comportamiento pero usando el
devanado serie D3-D4 el cual tiene un valor de resistencia de aproximadamente 0.8 Ω, es posible
observar que usando este devanado, el comportamiento del generador es similar al de un
generador en derivación o shunt, ya que el flujo aportado por el devanado serie es muy pequeño,
el flujo total será prácticamente el flujo aportado por el devanado shunt.
Fig. 108 Curva característica de un generador compound larga aditiva
195
200
205
210
215
220
0 1 2 3 4
TEN
SIO
N IN
DU
CID
A [
Vd
c]
CORRIENTE DE CARGA [A]
CURVA CARACTERISTICA DE COMPORTAMIENTO DE UN GENERADOR COMPUESTO CONEXION LARGA ADITIVA
Fig. 109 curva característica de comportamiento de un generador compuesto conexión
larga aditiva
31.3.EQUIPOS REQUERIDOS
• 2 motor de corriente continua DL1024R
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• 2 módulos de cargas DL1017
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
32. PRACTICA 19: GENERADOR COMPUESTO CONEXIÓN LARGA DETRACTIVA CON
CARGA
32.1. OBJETIVOS
• Hallar el comportamiento de un generador compuesto conexión larga detractiva con aumento
de carga.
32.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito que se muestra en la figura 110. Con el motor c.c. acoplado al
generador, conectar la carga que tendrá un valor inicial de 0 Ω proceder a encender el motor
c.c. a tensión nominal 220 Vdc, con el reóstato de arranque en el valor máximo y el reóstato
de campo en su valor medio, variar el reóstato de arranque despacio y cuidadosamente hasta
su posición mínima de 0 Ω y el reóstato de campo hasta ajustar la velocidad del motor
aproximadamente a 3600 rpm. Recordar que este motor no se debe encender sin la
variación del reóstato de arranque ya que es el que controla la corriente de arranque
evitando que se produzcan daños en los devanados del motor.
0
50
100
150
200
250
0 1000 2000 3000 4000TEN
SIO
N IN
DU
CID
A [
Vd
c]
CORRIENTE DE CARGA [mA]
CURVA CARACTERISTICA DE COMPORTAMIENTO DE UN GENERADOR COMPUESTO CONEXION LARGA ADITIVA
En estas condiciones (Rcarga=0) realizar las mediciones de tensión inducida Ea, corriente
de carga Icar y la corriente de campo If, ésta última se mide para controlarla y evitar que
supere la permitida por el devanado. Aumentar gradualmente la carga y realizar
nuevamente las mediciones de tensión inducida Ea, corriente de carga Icar y la corriente de
campo If. Para obtener varios valores de carga es necesario hacer varias combinaciones en
paralelo y serie de las resistencias del banco, ya que se necesitan valores en un intervalo de
60 a 2400 Ω, incluso es necesario combinar las cargas de varios bancos para obtener estos
valores de resistencia. La corriente de carga dentro de este intervalo será la permitida por el
motor, para otros valores de resistencia se debe calcular la corriente que se debe mantener
por debajo de 4 amperios, que es la corriente permitida por la máquina.
Fig. 110 Conexión de un generador compound larga detractiva
RESISTENCIA DE
CARGA
TENSION
INDUCIDA Ea
CORRIENTE DE
CARGA Icarga
CORRIENTE DE
CAMPO If
0
Tabla 25 Comportamiento de un generador compuesta detractiva.
Las curvas de comportamiento de generador compuesto conexión larga detractiva se muestran en
las figuras 111 y 112. En la figura 112 se muestra la curva característica de comportamiento de
un generador compuesto conexión larga detractiva usando el devanado serie D3-D4, el cual tiene
un valor de resistencia pequeño respecto al usado en la figura 111, es posible observar que este
comportamiento es muy similar al generador en conexión shunt o derivación, esto se debe a que
el flujo que se crea en el devanado serie D3-D4 es muy pequeño por lo cual no aporta en el flujo
total generador por la máquina, es necesario recordar que en este tipo de conexión el flujo total es
la diferencia de los flujos generados en cada uno de los devanados.
Fig. 111 Curva característica de un generador compound larga detractiva
Fig. 112 Curva característica de un generador compound larga detractiva usando el
devanado serie D3-D4
0
50
100
150
200
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6TEN
SIO
N IN
DU
CID
A [
Vd
c]
CORRIENTE DE CARGA [A]
CURVA CARACTERISTICA DE COMPORTAMIENTO DE UN GENERADOR
COMPUESTO CONEXION LARGA DETRACTIVO.
0
50
100
150
200
250
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
TEN
SIO
N IN
DU
CID
A [
V]
CORRIENTE DE CARGA [mA]
CURVA CARACTERISTICA DE4 COMPORTAMIENTO DE UN GENERADOR COMPUESTO CONEXION LARGA
DETRACTIVO
32.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• 2 motor de corriente continua DL1024R
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• 2 módulos de cargas DL1017
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
33. REGULACION DE VOLTAJE
La regulación de voltaje es una medida de la caída del voltaje en los terminales a plena carga, es la
regulación porcentual del voltaje. A medida que la corriente de carga se incrementa, el voltaje en
las terminales dismuye debido al incremento en la caída del voltaje a trabajes de la resistencia del
devanado
𝑅𝑉% =𝑉𝑆𝐶 − 𝑉𝑃𝐶
𝑉𝑃𝐶 (Ec. 59)
Donde 𝑉𝑆𝐶 es el voltaje en las terminales sin carga y 𝑉𝑃𝐶 es el voltaje en las terminales a plena
carga.
34. PERDIDAS EN LA MAQUINA CC
La ley de la conservación de la energía establece que la potencia de entrada debe ser igual a la
potencia de salida más las perdidas en la máquina, hay tres categorías de perdidas: mecánicas, en el
cobre y magnéticas.
34.1.PERDIDAS MECANICAS
Son el resultado de la ficción entre los cojinetes y el eje, la ficción entre las escobillas y el
conmutador, y el arrastre sobre la armadura ocasionado por el aire (perdida por viento).
34.2. PERDIDA MAGNETICA
Se presenta en la armadura y es puesto que la fem inducida en los conductores de la armadura
alterna con una frecuencia determinada por la velocidad de rotación y el número de polos. La
perdida por histéresis se debe a la frecuencia de la fem inducida, el área del ciclo de histéresis, la
densidad del flujo magnético y el volumen del material magnético.
34.3. PERDIDAS EN EL COBRE
Siempre que fluye una corriente por un conductor hay una perdida en el cobre, en la máquina de
cc pueden desglosarse como perdidas en los devanados y son los siguientes:
• De la armadura
• Del campo shunt
• Del campo serie
• Del campo interpolar
• Del campo compensador
34.4.PERDIDA POR CARGA PARASITA
Son el resultado del flujo distorsionado debido a la reacción de la armadura y las corrientes de
cortocircuito en las bobinas al entrar en conmutación.
GENERADORES SINCRONOS
35. FUNDAMENTOS TEORICOS DE LOS GENERADORES SINCRONOS
Suelen recibir el nombre de generadores de corriente alterna o alternadores, estas máquinas son
utilizadas para convertir potencia mecánica en potencia eléctrica AC, además reciben el nombre de
síncronos, porque giran a la misma velocidad a que la giran los campos magnéticos. En estos generados
se aplica una corriente continua en el devanado del rotor para inducir un campo magnético, el rotor gira
e induce un campo magnético rotacional dentro de la máquina, de esta forma se induce un grupo
trifásico de voltajes en el estator del generador.
El rotor de un generador es un gran electroimán, los polos magnéticos del rotor pueden ser construidos
de forma saliente o no saliente, un polo saliente es aquel que se proyecta hacia fuera de la superficie del
rotor, por otro lado, un polo no saliente es aquel que está construido al mismo nivel de la superficie del
rotor. Los rotores de polos no salientes se usan en rotores de dos o cuatro polos mientras que los de
polos salientes se usan para rotores de cuatro o más polos. (Chapman, 2000, p.272)
Fig. 113 Rotor de polos no salientes en un generador síncrono. (Chapman, s (2000), Máquinas
eléctricas)
Fig. 114 Rotor de polos salientes en un generador síncrono. (Chapman, s (2000), Máquinas eléctricas)
Para suministrar corriente directa al rotor se hace por medio de anillos rozantes y escobillas, estos
anillos son metálicos y se encuentran aislados, las escobillas con un bloque de carbón grafitado que
conduce la electricidad y suelen tener baja fricción para evitar su desgaste con el anillo.
35.1.VELOCIDAD DE ROTACION DE UN GENERADOR SINCRONICO
los generadores son sincrónicos ya que la frecuencia eléctrica producida esta entrelazada o sincronizada
con la tasa mecánica de rotación del generador, esta relación entre la frecuencia y la tasa de giro de los
campos magnéticos se expresa mediante la ecuación. (Chapman, 2000, p.277)
𝑓𝑒 = 𝑛𝑚𝑝
120 (𝐸𝑐. 64)
35.2.VOLTAJE INTERNO GENERADO POR UN GENERADO SINCRONO
El voltaje depende del flujo ɸ en la máquina, de la frecuencia o de la velocidad de rotación y de la
construcción de la máquina. Esto se expresa mediante la ecuación
𝐸𝐴 = 𝐾∅𝑊 (Ec. 64)
Donde K es una constante de construcción de la máquina. Si W se expresa en radianes eléctricos por
segundo
𝐾 = 𝑁𝑐
√2 (Ec. 65)
Mientras que si se expresa en radianes mecánicos por segundo.
𝐾 = 𝑁𝑐𝑃
√2 (Ec. 66)
El voltaje 𝐸𝐴 es directamente proporcional al flujo y a la velocidad, pero el flujo si depende de la
corriente que fluye por el rotor. La corriente de campo 𝐼𝑓 esta relacionada con el flujo ɸ, como se
muestra en la figura 108a. puesto que 𝐸𝐴 es directamente proporcional al flujo, el voltaje interno 𝐸𝐴 está
relacionado con la corriente de campo como se muestra en la figura 108b. y se deduce la curva de
magnetización o características de circuito abierto de la máquina. (Chapman, 2000, p.278)
Fig. 115 a) grafica del flujo contra la corriente de campo para un generador sincrónico. b) curva de
magnetización de un generador sincrónico. (Chapman, s (2000), Máquinas eléctricas)
36. EL CIRCUITO EQUIVALENTE
En el circuito de este generador aparece una fuente dc, alimentando al circuito del rotor, el cual se
compone de una inductancia y una resistencia en serie, además de una resistencia variable que
controla el flujo de corriente, la otra parte muestra el circuito por fase que se generan en el estator,
cada fase consta de una inductancia Xs y una resistencia RA y muestran un voltaje interno
generado, cabe anotar que los voltajes y las corrientes de las fases están desfasados 120° entre una
y otra, en lo demás son idénticas. El voltaje inducido depende de la carga y puede ser mayor o
menor al voltaje generado, esto depende del factor de potencia de la carga, en factores de potencia
en adelanto, el voltaje inducido es mayor, mientras que en factores de potencia en atraso el voltaje
inducido es menor el voltaje generado. La reactancia síncrona suele ser muy grande en
comparación con la resistencia del devanado de la armadura. en seguida puede definirse la
impedancia sincrónica por fase como:
𝑍𝑠 = 𝑅𝑎 + 𝑗𝑋𝑠 (Ec. 67)
El voltaje en las terminales por fase es:
𝑉𝑎 = 𝐸𝑎 − 𝐼𝑎 (𝑅𝑎 + 𝑗 𝑋𝑠) = 𝐸𝑎 − 𝐼𝑎𝑍𝑠 (Ec. 68)
Fig. 116 Circuito equivalente completo de un generador síncrono trifásico. (Chapman, s (2000),
Máquinas eléctricas)
37. REACCION DE LA ARMADURA
Al conectar una impedancia en los bornes del inducido se genera una tensión menor a la tensión
generado, en vacío la tensión generada es igual a la inducida; esta reducción en la tensión es
provocada por la aparición de una corriente por la armadura que provoca una caída de tensión en
la impedancia de la misma, esta caída de tensión es del orden de 10-15% de la tensión generada
y se da generalmente en la inductancia; esta corriente también produce una fuerza magneto-
motriz que provoca que el flujo del entrehierro cambie, ente cambio se conoce como la reacción
del inducido.
Si la carga es resistiva pura, es decir con f.p. =1, la corriente y la fuerza electromotriz están en
fase, por lo tanto, la corriente será máxima, por lo que la tensión inducida será igual a la
generada.
Para una carga inductiva pura, la fuerza electromotriz y la corriente inducida están desfasada
90°, por lo tanto, la corriente máxima estará desfasada 90° en sentido contrario al giro del rotor,
lo que significa que una carga inductiva pura produzca una reacción desmagnetizante, por lo
cual, la tensión inducida es menor a la tensión generada.
Para una carga capacitiva pura se genera un efecto parecido al anterior, pero se produce un
fenómeno contrario, produce una reacción magnetizante, es decir la tensión inducida será mayor
a la generada.
38. REGULACION DE VOLTAJE
La regulación del voltaje de un generador síncrono se define como la razón de cambio en el
voltaje en las mismas terminales desde el voltaje sin carga hasta plena carga, como 𝐸𝑎 es el
voltaje sin carga y 𝑉𝑎 es el voltaje en las terminales a plena carga, la regulación porcentual del
voltaje es. (Bhag s. Guru, 2003, p, 426)
𝑅𝑉% = 𝐸𝑎−𝑉𝑎
𝑉𝑎∗ 100 (Ec. 69)
39. RELACION DE POTENCIA
El rotor de un generador síncrono está conectado a una maquina impulsora ya sea un motor CC,
una turbina de vapor, una turbina de gas, un motor diésel o un quipo similar. Si se ejerce un par
de 𝑇𝑠 en el eje con una velocidad angular de 𝑊𝑠, la potencia mecánica suministrada al rotor es
𝑇𝑠𝑊𝑠, la potencia mecánica alimentada al generador es (Bhag s. Guru, 2003, p, 429)
𝑃𝑖𝑛𝑚 = 𝑇𝑠𝑊𝑠 (𝐸𝑐. 70)
La potencia de entrada de cc a un rotor devanado es 𝑉𝑓𝐼𝑓 donde 𝑉𝑓 es el voltaje de cc a través del
devanado de campo e 𝐼𝑓 es la corriente continua a través de este, la potencia alimentada es
𝑃𝑖𝑛 = 𝑇𝑠𝑊𝑠 + 𝑉𝑓𝐼𝑓 (𝐸𝑐. 71)
Las perdidas en un generador síncrono consisten en la perdida por rotación que son las perdidas
mecánicas y magnéticas, la perdida en el cobre en el devanado de armadura, la perdida por
excitación de campo en el devanado y la perdida por cargas parasitas, si la hay. Estas pérdidas se
restan de la potencia de entrada para así obtener la potencia desarrollada por la armadura. al
restar las perdidas en el cobre con la potencia desarrollada se obtiene la potencia de salida de un
generador síncrono. (Bhag s. Gurú, 2003, p, 429)
Fig. 117 Diagrama de flujo de potencia de un generador síncrono. (Gurú, B (2003), Máquinas
eléctricas y Transformadores)
Si 𝑉𝑎 es el voltaje de la carga por fase, 𝐼𝑎 es la corriente de la carga por fase y 𝜃 es el angulo de
fase entre 𝑉𝑎 e 𝐼𝑎, la potencia de salida de un generador síncrono es
𝑃𝑜 = 3𝑉𝑎 𝐼𝑎 cos 𝜃 (Ec. 72)
La perdida en el cobre en el devanado de la armadura es
𝑃𝑐𝑜 = 3 𝐼2𝑎 𝑅𝑎 (Ec. 73)
Si 𝑃𝑟 es la perdida por rotación de un generador síncrono y 𝑃𝑠𝑡es la perdida por carga parasita,
entonces la potencia de entrada es
𝑃𝑖𝑛 = 3𝑉𝑎 𝐼𝑎 cos 𝜃 + 3 𝐼2𝑎 𝑅𝑎 + 𝑃𝑟 + 𝑃𝑠𝑡 + 𝑉𝑓𝐼𝑓 (Ec. 74)
Como el rotor gira a velocidad constante, la perdida por rotación es constante, la perdida por el
devanado del campo es constante y suponiendo que la perdida por carga parasita lo fuera, es
posible agrupar todo este conjunto y tratarlas como una perdida constante. Luego la pérdida
contante es. (Bhag s. Guru, 2003, p, 430)
Pc = Pr + Pst + VfIf (Ec. 75)
Puesto que la perdida en el cobre depende de la carga, se considera una perdida variable.
La eficiencia del generador es
𝜂 = 3𝑉𝑎 𝐼𝑎 cos 𝜃
3𝑉𝑎 𝐼𝑎 cos 𝜃 + 𝑃𝑐 + 3 𝐼2𝑎 𝑅𝑎
(Ec. 76)
De la ecuación anterior se obtiene una condición para la eficiencia máxima como sigue
3 I2a Ra = Pc (Ec. 77)
39.1. RELACION DE POTENCIA APROXIMADA
La resistencia por fase del devanado de armadura de un generador síncrono suele ser muy
pequeña a comparación con su reactancia síncrona por esto suele despreciarse. En la figura 118
se muestre el circuito equivalente aproximado y el diagrama fasorial correspondiente para una
carga en atraso. Observe que (Bhag s. Guru, 2003, p, 430)
Fig. 118 Circuito equivalente aproximado de un generador síncrono y su diagrama fasorial para
una carga con factor de potencia en atraso. (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y
Transformadores)
El voltaje por fase en las terminales ⊽𝑎 se ha tomado como referencia, y el voltaje por fase
generado Ē𝑎 esta en adelanto respecto de ⊽𝑎 en un angulo 𝛿. La corriente de fase Ī𝑎 esta en
atraso respecto a ⊽𝑎 en un angulo 𝜃. Por tanto,
Ēa = Ea cos δ + jEasen δ (Ec. 78)
Īa = Ia cos θ − jIasen θ (Ec. 79)
Donde 𝐸𝑎 e 𝐼𝑎 son los valores medios cuadráticos (rms) de Ē𝑎 e Ī𝑎.
El voltaje por fase en las terminales es
⊽a= Ēa − jĪa Xs (Ec. 80)
o
Īa = ⊽a− Ēa
jXs (Ec. 81)
=Easen δ
Xs− j
Ea cos δ − Va
Xs (Ec. 82)
Luego,
Ia cos Ө = Easen δ
Xs (Ec. 83)
Por consiguiente, la potencia de salida aproximada del generador es
Po = 3 Va Ia cos Ө (Ec. 84)
= 3 VaEasen δ
Xs (Ec. 85)
Cuando el generador opera a una velocidad constante y con una corriente de campo constante, 𝑋𝑠
y 𝐸𝑎 son también constantes. 𝑉𝑎 que es el voltaje en los terminales también se mantiene
constante. Por lo tanto, la potencia de salida del generador varia como el 𝑠𝑒𝑛 𝛿, donde 𝛿 es el
ángulo entre ⊽𝑎 𝑦 Ē𝑎 y se denomina ángulo de potencia. La ecuación 85 se conoce como
relación del ángulo de potencia. (Bhag s. Guru, 2003, p, 431)
Para una cantidad de corriente de campo específica y cierto voltaje en las terminales, la potencia
máxima de salida 𝑃𝑜𝑚 (o potencia desarrollada 𝑃𝑑𝑚) de un generador síncrono es
Pdm = Pom = 3 VaEa
Xs (Ec. 86)
Fig. 119 La potencia desarrollada como función del ángulo de potencia para un rotor cilíndrico
(solido) y un rotor de polos salientes (línea punteada). (Gurú, B (2003), Máquinas eléctricas y
Transformadores)
Con base en la ecuación 85, el par desarrollado es
Td = 3 VaEasen δ
Xs ωs (Ec. 87)
Como el par desarrollado también es proporcional a 𝑠𝑒𝑛 𝛿, el angulo 𝑡𝑎𝑚𝑏𝑖é𝑛 se conoce como
angulo par. El par desarrollado por un generador sincrino se opone al par aplicado por el
impulsor primario.
Td = 3 VaEa
Xs ωs (Ec. 88)
40. PRUEBAS DE GENERADORES SINCRONOS
Para determinar los parámetros de un generador síncrono se realizan tres pruebas sencillas.
40.1. LA PRUEBA DE RESISTENCIA
Esta prueba se realiza para medir la resistencia del devanado de la armadura del generado cuando
este se encuentra en reposo y el devanado de campo está abierto. La resistencia de mide de línea a
línea al mismo tiempo y se puede tomar un promedio de tres lecturas de resistencia como el valor
medido 𝑅𝐿, si el generado esta conectado en Y, la resistencia por fase es
Ra = 0.5 RL (Ec. 89)
Sin embargo, para un generador conectado en Δ la resistencia por fase es
Ra = 1.5 RL (Ec. 90)
40.2.PRUEBA CIRCUITO ABIERTO
La prueba de circuito abierto, o prueba sin carga, se efectúa impulsando el generador a su
velocidad nominal al tiempo que se deja abierto el devanado de la armadura. la corriente de
campo se varia en pasos apropiados y se registran los valores de voltaje a los diferentes pasos de
corriente, la corriente de campo puede aumentarse hasta que el voltaje a circuito abierto sea el
doble del valor especificado. De los datos registrados para el voltaje de circuito abierto es posible
calcular el voltaje por fase. Cuando se grafica el voltaje por fase como función de la corriente de
campo, se obtiene una gráfica llamada características (curva) de saturación a circuito abierto
(CCA). (Bhag s. Guru, 2003, p, 435)
Fig. 120 Diagrama del circuito para realizar una prueba de circuito abierto. (Gurú, B (2003),
Máquinas eléctricas y Transformadores)
40.3.PRUEBA EN CORTOCIRCUITO
Esta prueba nos brinda información acerca de las potencialidades de corriente de un generador
síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad nominal, con las terminales del
devanado de la armadura en cortocircuito, se incrementa gradualmente la corriente del campo y se
registra el valor correspondiente de la corriente. La corriente máxima de la armadura en
cortocircuito no debe exceder el doble de la corriente especificada del generador. Con base en los
datos registrados se calcula la corriente y se gráfica, está grafica tiene el nombre de característica
de cortocircuito (CCC). (Bhag s. Guru, 2003, p, 436)
Fig. 121 Diagrama del circuito para realizar una prueba de cortocircuito. (Gurú, B (2003),
Máquinas eléctricas y Transformadores)
Puesto que el voltaje en las terminales en condiciones de cortocircuito es igual a cero, el voltaje por
fase generado debe ser igual a la caída de voltaje a través de la impedancia síncrona. Para calcular
la impedancia por fase síncrona a partir de la CCA y de la CCC de un generador síncrono a su
voltaje nominal se lleva a cabo el siguiente procedimiento:
1. Se encuentra el valor de la corriente del campo (𝐼𝑓𝑟) que corresponde al voltaje
especificado por fase (𝑉𝑎𝑛𝐿) a partir de la CCA del generador
2. Se encuentra el valor de la corriente de cortocircuito (𝐼𝑠𝑐) a partir de la CCC para el mismo
valor de corriente de campo, (𝐼𝑓𝑟).
3. La magnitud de la impedancia síncrona es igual al voltaje a circuito abierto dividido entre la
corriente en cortocircuito, es decir,
𝑍𝑠 =𝑉𝑎𝑛𝐿
𝐼𝑠𝑐 (Ec. 91)
Como la resistencia de cada devanado de fase de la armadura ya se conoce gracias a la prueba de
resistencia, la reactancia síncrona del generador es. (Bhag s. Guru, 2003, p, 437)
𝑋𝑠 = √Z2s − R2
a (Ec. 92)
GENERADORSINCRONO DL1026A
TENSION CORRIENTE VELOCIDAD FRECUENCIA
220/380 V Δ/Y 2,9/1,7A Δ/Y 3600 rpm 60 Hz
POTENCIA F.P. CLASE DE
AISLAMIENTO GRADO DE
PROTECCION
1,1 KVA 1 F IP 44
TENSION DE EXCITACIÓN CORRIENTE DE EXCITACIÓN
160V 0,4A
41. PRACTICA 20: PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO PARA UN GENERADOR
SINCRONO
41.1. OBJETIVOS
• Manipular la maquina sincrónica como generador.
• Hallar la curva característica de saturación de este tipo de máquinas.
41.2. PROCEDIMIENTO
A. Compruebe el buen estado de los equipos a utilizar y revise los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito que se ilustra en la figura 122, acoplar el motor de corriente continua al
generador, encender el motor teniendo en cuenta que el reóstato de arranque se encuentre en su
valor máximo de resistencia y el reóstato de campo en la posición media, variar el reóstato de
arranque hasta su posición mínima (0 ohm) y ajustar el reóstato de campo hasta ajustar la
velocidad de 3600 rpm aproximadamente. Encienda la fuente variable de corriente continua y
realice medición de corriente de campo y de la tensión generada en las tres fases empezando
con If=0, aumente progresivamente la corriente de campo y realice en cada variación la
medición de corriente de campo y tensión en bornes de cada fase, luego promedie los tres
valores y realice la gráfica tensión generada vs corriente de campo, entre más pequeña sea la
variación mejor será la resolución de la curva. Recuerde considerar la resolución del equipo y
las especificaciones que se encuentran en el manual de cada equipo.
Fig. 122 Esquema de conexión en vacío para un generador síncrono
CORRIENTE
DE CAMPO If
[A]
TENSION
GENERADA
FASE 1 [V]
TENSION
GENERADA
FASE 2 [V]
TENSION
GENERADA
FASE 3 [V]
VALOR
PROMEDIO
[V]
0
Tabla 26. Datos de la prueba de circuito abierto generador síncrono.
La curva esperada se muestra en la figura 123.
Fig. 123 Curva de saturación en vacío de un generador síncrono
41.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Generador síncrono DL1026A
• Motor de corriente continua DL1024R
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Módulo de cargas DL1017
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
42. PRACTICA 21: PRUEBA EN CORTO CIRCUITO PARA UN GENERADOR SINCRONO
42.1. OBJETIVOS
• Manipular la maquina sincrónica como generador.
• Hallar la curva característica en corto circuito para este tipo de máquinas
42.2. PROCEDIMIENTO
A. Compruebe el buen estado de los equipos a utilizar y revise los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito que se ilustra en la figura 124, acoplar el motor de corriente continua al
generador, encender el motor teniendo en cuenta que el reóstato de arranque se encuentre en
su valor máximo de resistencia y el reóstato de campo en la posición media, variar el reóstato
de arranque hasta su posición mínima (0 ohm) y ajustar el reóstato de campo hasta ajustar la
velocidad de 3600 rpm aproximadamente. Cortocircuite los bornes de salida del generador y
enciende la fuente de corriente continua realice medición de corriente de campo, y corriente
de corto circuito, si desea puede medir la tensión de corto circuito, no olvide tener en cuenta
las especificaciones de cada equipo, para evitar daño en los fusibles de los equipos de
medición. La primera medida se realiza con If =0, posteriormente aumente progresivamente
0
100
200
300
400
500
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35TE
NSI
ON
GEN
ERA
DA
[V
]
CORRIENTE DE CAMPO [A]
TENSION GENERADA SIN CARGA VS CORRIENTE DE CAMPO
la corriente de campo, esta debe aumentarse teniendo en cuenta de no exceder la corriente
máxima soportada por los devanados de la máquina, en cada variación de corriente mida la
corriente de corto circuito y con estos datos grafique corriente de corto circuito vs corriente
de campo.
Fig. 124 Esquema de conexión prueba de corto circuito para un generador sincrónico.
CORRIENTE DE
CAMPO If[A]
CORRIENTE DE CORTO
CIRCUITO [A]
TENSION DE CORTO
CIRCUITO [mv]
0
Tabla 27 Datos de la prueba de corto circuito generador síncrono.
La grafica esperada se muestra en la figura 125
Fig. 125 Curva característica de corto circuito de un generador sincrónico
42.3.EQUIPOS REQUERIDOS
• Generador síncrono DL1026A
• Motor de corriente continua DL1024R
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Módulo de cargas DL1017
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
43. PRACTICA 22: GENERADOR SINCRONICO CON CARGA
43.1. OBJETIVOS
• Determinar el comportamiento de un generador síncrono con carga resistiva e
inductiva
43.2. PROCEDIMIENTO
A. Compruebe el buen estado de los equipos a utilizar y revise los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito que se ilustra en la figura 126. Con el motor c.c. acoplado al generador y la
carga resistiva conectada a los bornes de salida del generador con un valor de 0 ohmios,
proceder a encender el motor c.c. a tensión nominal 200 Vdc, con el reóstato de arranque en el
valor máximo y el reóstato de campo en su valor medio, variar el reóstato de arranque
despacio y cuidadosamente hasta su posición mínima de 0 Ω y el reóstato de campo hasta
ajustar la velocidad del motor aproximadamente a 3600 rpm. Recordar que este motor no se
debe encender sin la variación del reóstato de arranque ya que es el que controla la corriente
de arranque evitando que se produzcan daños en los devanados del motor. Con el reóstato de
campo del generador ajustar la tensión generada en 220v realizar la medición de la tensión
0
0,5
1
1,5
2
0 0,1 0,2 0,3 0,4
CO
RR
IEN
TE D
E C
OR
TO
CIR
CU
ITO
[A
]
CORRIENTE DE CAMPO [A]
CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO VS CORRIENTE DE CAMPO
inducida y la corriente de carga en el valor de inicial de resistencia que es de 0 ohmios, luego
variar el valor de resistencia y realizar las mediciones de tensión inducida y corriente de carga.
con estos valores medidos graficar tensión inducida vs corriente de carga.
C. Realizar el mismo procedimiento, pero con cargas RL, con un factor de potencia de 0.8(-). Es
necesario encontrar las combinaciones correctas con las cargas disponible del banco, antes de
realizar la prueba.
Fig. 126 Esquema de conexión para un generador sincrónico con carga.
TENSION INDUCIDA CORRIENTE DE CARGA
Tabla 28 datos obtenidos de la prueba de generador con carga resistiva
TENSION INDUCIDA CORRIENTE DE CARGA
Tabla 29 datos obtenidos de la prueba de generador con carga inductivo-resistiva
En la figura 127 se puede observar el comportamiento del generador con una carga
puramente resistiva (F.P.=1) y en la figura 128 se observa el comportamiento con una carga
inductivo-resistiva (F.P.=0.8).
Fig. 127 generador síncrono con carga resistiva
Fig. 128 Generador síncrono con carga inductivo-resistiva factor de potencia 0.8(-)
44. OPERACIÓN EN PARALELO DE GENERADORES SINCRONOS
En un sistema real, las diferentes centrales están conectadas entre si en paralelo, por medio de la
red de transporte y distribución. De esta forma el sistema se concebiría como un gran generador
en el que la tensión y la frecuencia son constantes, esto es gracias a que cuando se conecta un
nuevo generador no altera estos parámetros ya que la potencia suministrada por éste es pequeña
en comparación con todo el conjunto.
El tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la
falla de cualquiera de ellos no causa la pérdida total de potencia en la carga. Tener varios
generadores que operan en paralelo permite separar uno o más de ellos para cortes de potencia y
mantenimientos.
CONDICIONES REQUERIDAS
0
50
100
150
200
250
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
TEN
SIO
N G
ENER
AD
A [
V]
CORRIENTE DE CARGA [A]
GENERADOR SINCRONICO CON CARGA PURAMENTE RESISTIVA
180
190
200
210
220
230
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14
TEN
SIO
N IN
DU
CID
A [
V]
CORRIENTE DE CARGA [A]
GENERADOR SINCRONICO CON CARGA IINDUCTIVO-RESISTIVA
Para conectar generadores en paralelo es necesario tener muy en cuenta algunos aspectos para el
correcto funcionamiento y de esta manera evitar cualquier tipo de problema.
• VOLTAJES IGUALES
• FRECUENCIAS IGUALES
• SECUENCIA DE FASES
45. PRACTICA 23: SINCRONIZACION DE UN GENERADOR CON LA RED
45.1. OBJETIVOS
• Realizar la conexión de un generador síncrono en paralelo con la red
45.2. PROCEDIMIENTO
A. Compruebe el buen estado de los equipos a utilizar y revise los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conecte el circuito que se ilustra en la figura 129, acoplar el motor de corriente continua al
generador, encender el motor teniendo en cuenta que el reóstato de arranque se encuentre en
su valor máximo de resistencia y el reóstato de campo en la posición media, variar el
reóstato de arranque hasta su posición mínima (0 ohm) y ajustar el reóstato de campo hasta
ajustar la velocidad de 3600 rpm aproximadamente, variar la excitación del generador y la
velocidad del motor hasta que el voltaje generado sea de aproximadamente 208 Vac, que es
el voltaje de la red, verificar que el voltaje y la frecuencia del generador sean iguales a los
de la red, en el módulo de sincronización verificar la secuencia de fases con el sentido de
giro en el que se iluminan las lamparas del módulo, cuando todos los parámetros
requeridos para sincronizar se encuentren bien, la lamparas del módulo encenderán a una
menor frecuencia, cuando la lampara superior este encendida cerrar el interruptor de
sincronización que se encuentra en el módulo, para esto la velocidad de encendido de las
lamparas debe ser muy pequeña. Una vez cerrado el interruptor, el generador ya estará
sincronizado con la red, por lo tanto, la variación en los reóstatos de campo, tanto del motor
como del generador, no variaran la velocidad y la tensión generada, ya que estas variables
están amarradas a las de la red, pero esa variación si se tendrá repercusión en la potencia
activa y reactiva del generador.
Fig. 129 Esquema de conexión para la conexión en paralelo de un generador con la red.
45.3.EQUIPOS REQUERIDOS
• Generador síncrono DL1026A
• Motor de corriente continua DL1024R
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Módulo de cargas DL1017
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
• Módulo de sincronización DL1030
MOTORES SÍNCRONOS 46. FUNDAMENTOS TEORICOS DE LOS MOTORES SINCRONOS
Como su nombre lo indica un motor síncrono funcionando en condiciones estables trabaja a una
velocidad fija llamada velocidad síncrona, esto quiere decir que en la maquina se presentan dos
campos magnéticos, el campo rotatorio y el estatórico, el campo rotatorio tendrá a alinearse con
el campo estatórico, cuanto mayor sea el ángulo entre los dos campos magnéticos mayor es el par
sobre el rotor de la máquina. Todas las ecuaciones básicas de velocidad, potencia y par son las
mismas que se usan en los generadores síncronos.
47. CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR SINCRONO
Un motor síncrono es igual en todos los aspectos a un generador síncrono lo que los diferencia es
la dirección del flujo de potencia, y la dirección del flujo de corriente en el estator del motor.
Debido al cambio de la dirección de la corriente cambia la ecuación correspondiente a la ley de
voltajes de Kirchhoff.
𝑉∅ = 𝐸𝐴 + 𝑗𝑋𝑠𝐼𝐴 + 𝑅𝐴𝐼𝐴 (Ec. 60)
𝐸𝐴 = 𝑉∅ − 𝑗𝑋𝑠𝐼𝐴 − 𝑅𝐴𝐼𝐴 (Ec. 61)
Fig. 130 Circuito equivalente por fase de un motor síncrono (Chapman, s (2000), Máquinas eléctricas)
48. OPERACIÓN DE ESTADO DE ESTACIONARIO DEL MOTOR SINCRONICO
48.1.CURVA CARACTERISTICA DE PAR-VELOCIDAD
Cuando los motores están conectados a sistemas de potencia muy grandes, estos sistemas
aparecen como barrajes infinitos frente a estos motores. Esto significa que el voltaje y la
frecuencia son variables constantes, la velocidad del motor está asociada a la frecuencia eléctrica
que se le aplica, de modo que la velocidad también será una constante, la ecuación de par es
𝑇𝑖𝑛𝑑 = 3 𝑉∅𝐸𝑎𝑠𝑒𝑛 𝛿
𝑋𝑠 𝜔𝑚 (Ec. 62)
El par máximo ocurre cuando 𝛿 = 90°. Sin embargo, este valor de ángulo es ideal, en la practica el valor
de este ángulo es de aproximadamente 30°
𝑇𝑀𝐴𝑋 = 3 𝑉∅𝐸𝑎
𝑋𝑠 𝜔𝑚 (Ec. 63)
48.2. EFECTO DE LOS CAMBIOS DE LA CARGA EN UN MOTOR SINCRONO
Si la carga sobre el eje del motor se incrementa, el rotor conservará su velocidad ya que es
sincrónico pero el ángulo de par 𝛿 llega a ser mayor, y aumenta el par inducido para igualarse al
par de carga nuevo. Si se sitúa una referencia sobre un polo norte del campo rotatorio que va
girando a la velocidad sincrónica, y se toma la diferencia angula con un polo sur del rotor, que lo
siga, esa diferencia angular existente tendría el valor de alfa. Así que a mayor par de carga esta
diferencia angular se irá incrementando aumentando el par motor y repercutiendo también en un
mayor valor de corriente de armadura, con el peligro de alcanzar o sobrepasar los límites térmicos
de la máquina.
48.3. EFECTO DE LOS CAMBIOS EN LA CORRIENTE DE CAMPO DE UN MOTOR
SÍNCRONO
Un incremento en la corriente de campo If del motor causa un aumento en la tensión inducida,
pero esto no afecta la potencia de salida del motor, ésta potencia solo cambia cuando cambia la
carga en el eje, ya que un cambio en la corriente de cambio no altera la velocidad en el eje y
puesto que la carga es la misma, la potencia de salida no cambia.
Si el valor de la tensión inducida es pequeño la corriente del inducido está en atraso y el motor
actúa como una carga inductiva que es en realidad una carga resistivo-inductiva que consume
potencia reactiva Q, a medida que se eleva la corriente de campo la corriente del inducido se
acerca al mismo ángulo del voltaje de fase y el motor se vuelve resistivo, si la corriente de campo
se continua elevando la corriente de inducido tendrá a ponerse en adelanto y el motor tendrá un
comportamiento capacito, que en realidad es un comportamiento resistivo-capacitivo y entregaría
potencia reactiva a la red eléctrica.
Fig. 131 Curvas en V de un motor síncrono. (Chapman, s (2000), Máquinas eléctricas)
49. ARRANQUE DE MOTORES SINCRONOS
49.1.ARRANQUE DEL MOTOR REDUCIENDO LA FRECUENCIA ELECTRICA
Se trata de reducir hasta lo más mínimo la velocidad de rotación del campo magnético del estator,
haciendo esto no habrá dificultas para que el rotor acelere y se enlace con el campo magnético del
estator. Incrementando gradualmente la 𝑓𝑒 hasta su valor normal la velocidad de los campos
magnéticos estatorios se pueden aumentar hasta la velocidad de operación.
49.2. ARRANQUE DEL MOTOR MEDIANTE UN MOTOR PRIMARIO EXTERNO
Esta técnica consiste en acoplar un motor externo que ayude a romper la inercia del motor
sincrónico llevándola hasta su velocidad nominal, cuando la maquina ya está a la velocidad
nominal puede ser emparalelada con un sistema de potencia y el motor externo puede
desacoplarse.
49.3. ARRANQUE AUTOMATICO
Este método consiste en encender el motor como un motor jaula de ardilla, es decir, en el
circuito de campo se conectará un reóstato de arranque, a medida que la velocidad aumenta,
cuando alcanza la velocidad de sincronismo, sale el reóstato de arranque y entra el circuito de
campo, que realiza la excitación de la máquina, alimentando con corriente continua el rotor del
motor.
MOTOR SINCRONO DL1026A
TENSION CORRIENTE VELOCIDAD FRECUENCIA
V Δ/Y A Δ/Y 60 Hz
POTENCIA F.P. CLASE DE AISLAMIENTO GRADO DE PROTECCION
F IP 44
50. PRACTICA 24: CURVA EN V UN MOTOR SÍNCRONO EN VACIO
50.1. OBJETIVOS
• Hallar la curva característica en V de un motor síncrono sin carga
50.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas
y equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Replicar el montaje mostrado en la figura 132. Programar el variador de frecuencia para
el arranque del motor, esta programación se encuentra en el manual del equipo, el uso del
variador es necesario ya que en el arranque de este motor la corriente es muy elevado y el
banco no tiene la capacidad para suministrarla. Encender el motor por medio del variador
y empezar a variar el reóstato de campo con la intención de aumentar la corriente de
campo del motor, recordar que el inducido de campo tiene una corriente de campo que no
debe ser superada para no dañarlo. Realizar mediciones de corriente de armadura Ia, y
factor de potencia para cada valor de corriente de campo If. Graficar corriente de
armadura Ia vs corriente de campo If
Fig. 132 Esquema de conexión motor síncrono en vacío
CORRIENTE DE CAMPO
If
CORRIENTE DE
ARMADURA Ia FACTOR DE POTENCIA
Tabla 30. Datos para la curva en v de un motor síncrono en vacío.
La curva en V para un motor síncrono en vacío se muestra se muestra en la figura 133
Fig. 133 Curva característica de un motor síncrono sin carga
50.3.EQUIPOS REQUERIDOS
• Variador de frecuencia
• Motor síncrono DL1026A
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
• Módulo de cargas DL1017
51. PRACTICA 25: CURVA EN V DE UN MOTOR SÍNCRONO CON CARGA
51.1. OBJETIVOS
0
0,5
1
1,5
0 0,1 0,2 0,3 0,4
CO
RR
IEN
TE D
E A
RM
AD
UR
A
[A]
CORRIENTE DE CAMPO [A]
CURVA EN VACIO DE UN MOTOR SÍNCRONO SIN CARGA
• Hallar la curva característica de un motor síncrono con carga
51.2. PROCEDIMIENTO
A. Comprobar el buen estado de los equipos a utilizar y revisar los manuales de las máquinas y
equipo de medición a usar, antes de realizar la prueba.
B. Conectar el montaje mostrado en la figura 134. Acoplar el freno al motor, energizar el
motor por medio del variador de frecuencia ya programado, fijar un par de carga con el
freno magnético, con esta condición (T≠0) variar el reóstato de campo con la intención de
aumentar la corriente, recordar que el inducido de campo tiene una corriente de campo que
no debe ser superada para no dañarlo. Realizar mediciones de corriente de armadura Ia, y
factor de potencia para cada valor de corriente de campo If. Graficar corriente de armadura
Ia vs corriente de campo If.
Fig. 134 Esquema de conexión de un motor síncrono con carga.
CORRIENTE DE CAMPO
If
CORRIENTE DE
ARMADURA Ia FACTOR DE POTENCIA
Tabla 31. Datos para la curva en v de un motor síncrono con carga.
En la figura 135 se muestra la curva en V para un motor síncrono trifásico, donde al valor de corriente
de campo donde se presenta el menor valor de corriente de armadura tomada por la máquina de la red, se
puede decir que el motor cuenta con un comportamiento resistivo para la red de energía. Para valores de
corriente de campo menores a 0.24 A el motor presenta un comportamiento más inductivo y para
corrientes superiores a este valor el comportamiento es más capacitivo.
Fig. 135 Curva característica de un motor síncrono con carga
51.3. EQUIPOS REQUERIDOS
• Variador de frecuencia
• Motor síncrono DL1026A
• Freno electromagnético DL1019M
• Banco de alimentación variable AC DL1013M3
• Módulo de cargas y reóstatos DL 1017
• Conectores
• Multímetro Fluke 179
• Pinza amperométrica
• Analizador de potencia AMC 8220
PREGUNTAS
• ¿Cuál es el efecto de la corriente de campo en un generador sincrónico?
• ¿Por qué se deben cumplir las tres condiciones para la sincronización de un generador con la
red?
• ¿Qué efecto produce la variación de la corriente de campo en un motor síncrono?
• ¿Por qué no debe arrancar solo un motor síncrono?
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 0,1 0,2 0,3 0,4CO
RR
IEN
TE D
E A
RM
AD
UR
A [
A]
CORRIENTE DE CAMPO [A]
CURVA EN VACIO DE UN MOTOR SÍNCRONO CON CARGA