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UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE LA MIXTECA

Instituto de Electrnica y Mecatrnica

Laboratorio de

Mquinas Elctricas

Grupo: 604

20 Enero del 2016

Prof. Dr. Carlos Garca.

Reporte de prctica

Construccin de un motor de CD

Integrantes del equipo

Avendao Gmez Oliver

Snchez Lpez Bianca Biani

Resumen

En este reporte de prctica se describen algunos conceptos previos sobre motores de CD, se

hace mencin del proceso que se llev a cabo para la construccin de un motor de CD, los

materiales que se utilizaron, y las caractersticas elctricas de dicho motor, as como la

breve descripcin de un sistema que se implement en l para medir su velocidad.

Objetivo

Reforzar los conocimientos adquiridos en la materia de Mquinas elctricas sobre motores

de CD y aplicarlos fsicamente (realmente), para observar el funcionamiento de un motor

de CD.

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NDICE

INTRODUCCIN.3

ASPECTOS FISICOS DE UN MOTOR DE

CD......4

DESARROLLO PROYECTO MOTOR

CD......8

CONCLUSIONES....14

BIBLIOGRAFA....15

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INTRODUCCIN

Con el descubrimiento de la ley de la induccin electromagntica por Faraday, empieza la

historia de las mquinas elctricas y hasta mediados de la octava dcada del siglo pasado,

representa en esencia la historia del desarrollo de la mquina de corriente continua.

Los motores de corriente continua son las mquinas que transforman la energa elctrica en

mecnica y los generadores de corriente continua son las mismas mquinas que

transforman la energa mecnica en elctrica. No existe diferencia real entre un generador y

un motor, a excepcin del sentido de flujo de potencia. Los generadores se clasifican de

acuerdo con la forma en que se provee el flujo de campo, y stos son de excitacin

independiente, derivacin, serie, excitacin compuesta acumulativa y compuesta

diferencial, y adems difieren de sus caractersticas terminales (voltaje, corriente) y por lo

tanto en el tipo de utilizacin.

TIPOS DE MOTORES

De excitacin independiente.- Son aquellos que obtienen la alimentacin del rotor del estator de dos fuentes de tensin independientes. Con ello, el campo del estator es constante

al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es entonces prcticamente

constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se debern slo a la

disminucin de la fuerza electromotriz por aumentar la cada de tensin en el rotor. Este

sistema de excitacin no se suele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que

utilizar una fuente exterior de corriente.

De excitacin en derivacin.- Los devanados inducidos e inductor estn conectados en paralelo y alimentados por una fuente comn. Tambin se denominan mquinas shunt, y en

ellas un aumento de la tensin en el inducido hace aumentar la velocidad de la mquina.

De excitacin en serie.- Los devanados de inducido y el inductor estn colocados en serie y alimentados por una misma fuente de tensin. En este tipo de motores existe dependencia

entre el par y la velocidad; son motores en los que, al aumentar la corriente de excitacin,

se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par.

De excitacin compuesta.- Tambin llamados compound, en este caso el devanado de excitacin tiene una parte de l en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El

arrollamiento en serie con el inducido est constituido por pocas espiras de gran seccin,

mientras que el otro est formado por un gran nmero de espiras de pequea seccin.

Permite obtener por tanto un motor con las ventajas del motor serie, pero sin sus

inconvenientes. Sus curvas caractersticas sern intermedias entre las que se obtienen con

excitacin serie y con excitacin en derivacin.

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ASPECTOS FSICOS DE UN MOTOR DE CD. Los motores de corriente continua universalmente o bsicamente se componen de dos

partes sumamente importantes como son el rotor y el estator, dentro de estas dos partes se

alojan ms componentes.

1.- ESTATOR:

El estator (Fig. 1) es una de las partes ms importantes ya que es la que contiene a todos los

dems componentes de estas mquinas.

Formado por una corona de material ferromagntico denominada culata o yugo en cuyo

interior, regularmente distribuidos y en nmero par, van dispuestos unos salientes radiales

con una expansin en su extremo, denominados polos, sujetos por tornillos a la culata.

Rodeando los polos, se hallan unas bobinas de hilo, o pletina de cobre aislado, cuya misin

es, al ser alimentadas por corriente continua, crear el campo magntico inductor de la

mquina, el cual presentar alternativamente polaridades norte y sur. Salvo las mquinas de

potencia reducida, en general de menos de 1 kW, encontramos tambin en el estator,

alternando los polos antes citados, otros llamados polos de conmutacin.

Partes del estator: Armazn o carcaza.- tambin denominado yugo, esta parte de la maquina tiene la funcin de soporte y tambin sirve como retorno del flujo magntico del rotor.

FIGURA 2 ARMAZN DE UN MOTOR.

FIGURA 1 ESTATOR DE UN MOTOR CD.

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Devanado de excitacin.- cabe sealar que hay muchas maquinas que en vez de tener devanado de excitacin constan de un imn permanente, pero en cualquiera de los casos

ambos cumplen la misma funcin, que es proporcionar un campo magntico permanente

para que el flujo de este interacte con el rotor y se produzca movimiento y el rotor gire.

FIGURA 3 IMN PERMANENTE PARA MOTOR CD.

Escobillas.- Son hechas bsicamente de carbn y estn alojadas en los porta escobillas, y estos a su vez en una de las tapas de la carcasa, tienen la misin o funcin de recibir el

potencial del colector de delgas y al estar fijas evitan que se enreden los cables, es la

interfaz entre el colector de delgas y los componentes externos.

FIGURA 4 ESCOBILLAS DE CARBN PARA MOTOR.

2.- ROTOR.

El rotor (Fig.5) bsicamente es la parte mvil de la mquina, sta recibe el flujo que

produce el estator y a la vez con su embobinado interno (embobinado inducido) tambin

produce un campo magntico que hace que este gire.

Formado por una columna de material ferromagntico, a base de chapas de hierro, aisladas

unas de las otras por una capa de barniz o de xido. La corona de chapa magntica presenta

en su superficie externa un ranurado donde se aloja el devanado inducido de la mquina.

Este devanado est constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente

aislados, cerrado sobre s mismo al conectar el final de la ltima bobina con el principio de

la primera.

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FIGURA 5 ROTOR DE UN MOTOR DE CD.

Partes del rotor:

Eje.- Este componente del rotor se encuentra en el centro de rotacin siendo as el que transmite la rotacin al devanado inducido y colector. Por lo general est formado por una

barra de acero fresado.

Ncleo.- Por ser parte del rotor, este se encuentra albergado sobre el eje de rotacin y por lo general es fabricado por lminas de acero y su importante funcionamiento es el de

proporcionar una trayectoria al flujo magntico entre los polos y as lograr que el flujo

magntico circule.

FIGURA 6 PARTES DE UN ROTOR.

Devanado inducido.- Este consta de bobinas completamente aisladas entre si ubicadas entre las ranuras del ncleo, los terminales de estas bobinas estn conectadas elctricamente

al colector.

FIGURA 7 DEVANADO DEL INDUCIDO DE UN MOTOR.

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Colector.- Como su nombre lo indica, ste se conforma por varias laminas denominadas delgas, por esto es denominado colector de delgas. Este colector de delgas tambin se

encuentra sobre el eje el cual transmite su rotacin y se encuentra en permanente contacto

con las escobillas por lo cual sufren un ligero desgaste.

El funcionamiento del colector es recoger la tensin que se produce en el devanado

inducido y lo transmite a travs de las escobillas hasta los terminales.

FIGURA 8 COLECTOR Y DELGAS DEL ROTOR.

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Desarrollo

CONSTRUCCIN MOTOR DE CD

Se propone construir un motor de CD de imn permanente, ya que el devanado de

excitacin ser sustituido por un imn fijo de neodimio, y solo nos preocuparemos por la

estructura del rotor y la base.

En la figura 9 se puede apreciar la estructura bsica de un motor de imn permanente.

FIGURA 9 MOTOR DE IMN PERMANENTE.

Materiales:

Bloques de MDF para estructura del rotor.

Eje de madera cilndrico para la flecha del motor.

Bloque de madera para el colector.

Placa de aluminio para las delgas del colector.

Placa de hierro para las escobillas.

Cintra para base y soportes del motor.

Clavos pequeos para sostener las bobinas.

Imn de neodimio para devanado excitacin.

40 metros de alambre magneto calibre 28 para las bobinas.

Herramientas para trabajar (cautn, taladro, sierra, lija).

Pegamento epxico, tornillos.

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Paso 1.- una vez reunido todo el material, se comenz elaborando la estructura para el

rotor, para ello se cortaron dos piezas circulares del bloque de MDF de aproximadamente 5

cm de dimetro y se unieron ambas al eje de madera cilndrico, con una separacin de

aproximadamente 8 cm, ver fig. 11. Pensando en una estructura de rotor tipo jaula de

ardilla, tal y como se aprecia en la figura 10.

FIGURA 10 REFERENCIA PARA REALIZAR ROTOR TIPO JAULA DE ARDILLA.

FIGURA 11 ESTRUCTURA DEL ROTOR Y SOPORTES PARA LAS BOBINAS.

Los ejes pequeos que se observan entre ambos crculos se aadieron con el fin de tener un

buen soporte en la estructura, y los clavitos que se aadieron son para sostener las bobinas.

Nuestro motor contar con cuatro bobinas, es por ello que se cuenta con ocho clavitos

distribuidos uniformemente en la circunferencia y alineados entre s.

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Paso 2.- como segundo paso, realizamos el colector de nuestro rotor, para ello se us un

cilindro de madera de aproximadamente 2 cm de radio, con un orificio en el centro para

ensamblar en el eje, y para las delgas se cortaron 8 pequeas plaquitas de aluminio

correspondientes a las bobinas (2 por bobina). Dicho proceso se muestra a continuacin.

FIGURA 12 CONSTRUCCIN DEL COLECTOR Y ENSAMBLE DE LAS DELGAS.

PASO 3.- El siguiente paso fue realizar el embobinado del rotor para cada bobina fueron

necesarios 10 metros de alambre magneto, con un aproximado de 50 vueltas por bobina,

dicho embobinado se muestra en la figura 13.

FIGURA 13 EMBOBINADO CONCLUIDO Y LISTO PARA SOLDARSE A LAS DELGAS DEL COLECTOR.

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Una vez realizado el embobinado se procedi a soldar los extremos de las bobinas a las

delgas de nuestro colector, tal y como se muestra en el diagrama siguiente. .

FIGURA 14 CONEXIN DE LAS BOBINAS DEL ROTOR HACIA LAS DELGAS DEL COLECTOR.

PASO 4.- A continuacin se construy la estructura de la base y el soporte a base de cintra

que es un material plstico muy moldeable, por ltimo se colocaron las escobillas cortando

dos tiras de hierro laminado y moldeando a modo que no generaran friccin en el colector e

impidiera el giro del motor.

Paso 5.- se realizaron algunas pruebas para determinar en donde colocar los imanes de

neodimio que en este caso representan el devanado de excitacin, la estructura final de

nuestro motor se muestra en la siguiente figura.

FIGURA 15 COLOCACIN DE ESCOBILLAS Y ESTRUCTURA DE SOPORTE.

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El cambio en los soportes de las bobinas se realiz puesto que en un principio se colocaron

pines de metal, lo cual afectaba el giro del motor porque actuaban como una fuerza de

oposicin al ser atradas por el imn de neodimio.

El motor funciona bastante bien, sin embargo es necesario realizar algunos ajustes extras

para mejorar el rendimiento, puesto que presenta algunos detalles.

Para complementar este trabajo, y tener una mejor presentacin, se propuso implementar un

sistema para monitorear la velocidad en rev/min de nuestro motor, para esta tarea

decidimos usar un encoder.

Paso 6.- ENCODER

Existen kits o elementos electrnicos ya ensamblados que constan de un disco dentado y un

sensor ptico especial para medir la velocidad de los motores, a estos dispositivos se les

denomina encoder, sin embargo nosotros decidimos realizar el dispositivo, usando un disco

elaborado con un material rgido (cartn) y un sensor ptico de barrera recuperado de una

impresora en desuso (Fig. 16). El disco est montado sobre el eje del motor y cuenta con 10

secciones abiertas y 10 cerradas sobre la cara del disco, formando un total de 20, cada

ranura se encuentra distribuida cada 18.

La luz que emite la fuente del sensor de barrera es recibida por el foto-detector o

interrumpida por el patrn de secciones intercaladas produciendo como resultado seales de

pulso o cambios de estado lgico. Dichas seales de pulso son procesadas en un micro

controlador ATmega8, el cul mediante un programa elaborado en C, cuenta los cambios

de estado que ocurren en 500ms y en base a ello realiza la siguiente operacin matemtica

para determinar la velocidad del motor.

= 18

360 120 [ ].

El conteo de los cambios de estado lo realiza el micro controlador cada segundo para

mantener actualizada la informacin y despliega el resultado en una pantalla LCD cada que

se le solicite mediante un botn. En la figura 17 se muestra todo el sistema completo, es

decir motor y encoder adaptado en funcionamiento.

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FIGURA 16 DISCO DENTADO Y SENSOR DE BARRERA DEL ENCODER.

FIGURA 17 PROTOTIPO FINALIZADO CON IMPLEMENTACIN DE ENCODER PARA MONITOREAR LA VELOCIDAD.

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CONCLUSIONES

Los motores son una parte esencial en nuestra vida, ya que la mayora de las herramientas,

aparatos electrnicos, etc. Que estn presentes en nuestra vida diaria, al menos contienen un

motor, y aqu radica el estudio de este tipo de mquinas elctricas.

Es muy interesante realizar este tipo de proyectos, puesto que se observa en dnde

realmente se aplican los conceptos, leyes, definiciones que se plantean en clase.

Nuestro prototipo de motor de imn permanente funciona muy bien, sin embargo es

necesario realizar varios ajustes para optimizar su desempeo, dichos ajustes se podran

realizar en el aspecto de la estructura, ya que al realizarse de forma manual se presentan

errores de dimensiones, lo que genera desbalance y otros efectos, tambin se podran

realizar ajustes en cuanto al funcionamiento elctrico, puesto que su consumo de corriente

es elevado y a pesar de haber optimizado esa parte agregando un imn con un campo

magntico mayor no es suficiente .

La Velocidad nominal obtenida con el encoder es de 650Rev/min a 12 V.

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BIBLIOGRAFIA

[1]Mquinas Elctricas, Stephen J. Chapman, McGraw-Hill, Quinta Edicin.

[2] Mquinas Elctricas y Transformadores, Irving L. Kosow, Segunda Edicin.