Un motor eléctrico

1. OBJETIVOS

Objetivo general

Estudiar el comportamiento de un motor DC pequeño cuando opera directamente y en reversa como generador o dinamo.

Objetivos específicos

Aplicar un voltaje constante y se medir la corriente como función de la frecuencia de rotación de su eje.

Encontrar el voltaje inducido en el rotor y la potencia desarrollada por el motor como función de su frecuencia de rotación.

Analizar el comportamiento del motor y como controla mediante un freno magnético.

2. RESUMEN TEÓRICO

Un motor eléctrico es una máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles: pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica, al funcionar como generadores. Si se los equipa con frenos regenerativos, los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías, configuración que se llama híbrida. Así, se están empezando a utilizar vehículos híbridos a gasolina y electricidad, para aprovechar las ventajas de ambas.

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Es una máquina destinada a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura. Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (FEM). Los generadores eléctricos están basados en la ley de Faraday, que se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831. Dicha ley establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde.

Un motor eléctrico realiza el trabajo inverso al del generador: transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

La ley de Faraday (establecida en 1831) establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde. En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la ley anterior se transforma en:

Donde εi es el voltaje inducido y dΦ dt es la rapidez con la cual cambia el flujo magnético Φ. La dirección voltaje inducido (el signo negativo en la formula) se debe a la ley de Lenz. El transformador, el motor y el dinamo son ejemplos de dispositivos cuyo principio de funcionamiento se basa en la ley de Faraday. Para el caso de un motor pequeño de corriente continua (motor DC, figura 1) este tiene dos componentes básicos a saber, el estator (o inductor) y el rotor (o inducido). El estator genera un campo magnético en el cual gira el rotor. Este campo magnético es generado por un magneto permanente. El rotor es una pieza giratoria formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de alambre de cobre, y sobre el que actúa el campo magnético. Al pasar corriente por el devanado, el rotor experimenta un torque magnético y como consecuencia se produce su giro.

LEY DE FARADAY

En 1820, el descubrimiento, de Oester, de los efectos magnéticos causados por la corriente eléctrica creo un gran interés en la búsqueda de los efectos eléctricos producidos por campos magnéticos, que es la inducción electromagnética, descubierta en 1830 por Michel Faraday y Joseph Henry, casi simultáneamente y de manera independiente. Ampère había malinterpretado algunos experimentos, porque buscaba fenómenos eléctricos causados por campos magnéticos estáticos. Los experimentos de Faraday y Henry, mostraron que una corriente eléctrica podría inducirse en un circuito mediante un campo magnético variable. Los resultados de estos experimentos llevaron a la ley conocida como Ley de Inducción de Faraday. Esta ley señala que la magnitud de la fuerza electromotriz (fem) inducida en un circuito es igual a la razón de cambio en el tiempo del flujo magnético a través del circuito.

También, los campos eléctricos cambiantes producen campos magnéticos. Esto no se descubrió experimentalmente, porque el efecto hubiera sido mínimo en los experimentos de laboratorio realizados a principios del siglo XIX. Maxwell predijo teóricamente este hecho entre los años 1857 y 1865, en estudios cuyo objeto era desarrollar una base matemática y conceptual firme para la teoría electromagnética. Sugirió que un campo eléctrico cambiante actúa como una corriente de desplazamiento adicional en la ley de Ampère.

3. MATERIALES

• Dos motores DC pequeños conectados mediante una correa de transmisión de movimiento.

• Un fotointerruptor

•Un osciloscopio

•Un multímetro

• Un cable de conexión

4. HIPÓTESIS.

“Se puede determinar el valor de la FEM midiendo indirectamente mediante la velocidad y frecuencia de rotación de un motor DC.”

5. PROCEDIMIENTO

Primer montaje (Motor DC)

Hacer el montaje el cual requiere conectar el multímetro como amperímetro entre la fuente y la conexión del motor A, conectar el fotointerruptor al osciloscopio.

Posterior al montaje procedemos energizar el circuito e iniciamos con las mediciones correspondientes.

Debemos ajustar el osciloscopio para tomar los datos de la frecuencia, la variación del tiempo y la corriente medida por el multimetro.

Seguidamente se procede con las demás mediciones variando la distancia entre el disco de aluminio conectado al motor y el imán.

Segundo montaje (Dinamo)

Para el análisis del dinamo se modifica el montaje anterior, para este caso se energiza el motor B y el multímetro se implementa como voltímetro, conectándolo al motor A.

Con el circuito modificado se procede a tomar los datos correspondientes a la frecuencia, el voltaje, la variación del tiempo.

Al igual que en el montaje anterior se debe variar la distancia entre el disco de aluminio y el imán para tomar los datos.

conclusiones

Un motor eléctrico de corriente continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, que para funcionar emplea la fuerza magnética.

Los motores de corriente continua son de menos utilización que los motores de corriente alterna en el área industrial, debido que los motores de corriente alterna se alimentan con los sistemas de distribución de energías "normales".

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