BLOQUE II: MÁQUINAS.

Transcripción

1 BLOQUE II: MÁQUINAS. Explique brevemente el concepto de potencia eléctrica interna y a qué se deben las pérdidas que restadas a la misma dan como resultado la potencia útil. PAU septiembre 2003 La potencia eléctrica interna de un motor, P ei, es la que se obtiene como diferencia entre su potencia absorbida, P ab, y las pérdidas en el cobre, P Cu. La potencia útil se obtiene restando a P ei las pérdidas magnéticas y las mecánicas; las primeras son debidas a las corrientes parásitas de Foucault y al fenómeno de histéresis magnética, mientras que las mecánicas se deben al rozamiento de los elementos móviles con otros elementos del motor y con el aire. Determine la resistencia del inductor de un motor de corriente continua de 250V nominales cuya corriente de excitación en derivación es a plena carga de 2 A. PAU septiembre 2003 Cómo debe ser la variación que experimenta el par interno de un motor eléctrico si cuando varía ligeramente el par resistente, el sistema motor carga recupera su punto de equilibrio o de funcionamiento estable? PAU septiembre 2003 La variación del par interno del motor con respecto al par resistente que presenta la carga, debe ser inversa. Ante un pequeño aumento de la velocidad de régimen el par motor debe disminuir y el resistente aumentar y ocurriría lo contrario para una disminución de la velocidad. De no ser así, el motor se embalaría o acabaría parándose. Determine la potencia nominal absorbida por un motor eléctrico que a plena carga tiene un rendimiento del 85% y es capaz de arrastrar una carga de 4048 W PAU septiembre 2003 La potencia útil nominal de cierto motor eléctrico es de 3680 W y su velocidad de 157 rad/s. Calcule su par útil. PAU junio 2003

2 Explique de forma breve y concisa la función del colector de delgas en las máquinas eléctricas. PAU junio 2003 El colector de delgas es un anillo de láminas conductoras aisladas entre si solidario al eje del motor donde terminan las ramas del devanado inducido. Las delgas en contacto sucesivo con las escobillas, garantizan la alimentación del motor y rectifican la tensión inducida.

3 Un motor de corriente continua de excitación en derivación consume 8 Kw al alimentarlo por una línea de 500 V y arrastrando una carga a 1000 r.p.m. La fuerza contraelectromotriz es de 496 V, la resistencia del devanado de excitación es de 250 Ω y sus pérdidas totales suponen un 17 % de la potencia absorbida. Determine: PAU junio 2003

4 Un motor de corriente continua con excitación en derivación tiene las siguientes características: R i = 0.32 Ω, R exc =146 Ω y tensión de alimentación 240 V. Cuando la potencia absorbida es de 12 kw las pérdidas del cobre suponen el 50 % de las pérdidas totales y el par útil es de Nm. Determine: PAU junio 2002

5 Dibuje una curva de imantación (Campo magnético en función de la intensidad), indique en qué zona de la misma trabajan las máquinas eléctricas y explique, brevemente, por qué. En la curva de imanación (en azul) se representa la magnetización que aparece en un material ferromagnético al aplicarle un campo magnético externo producido por una intensidad de corriente (como ocurre en los materiales férricos de los motores eléctricos). Como se puede ver, tiene una parte inicial en la que la magnetización es proporcional al campo y una parte final en la que se produce la saturación magnética del material. PAU junio 2002 Al variar el campo magnético externo en intensidad y sentido, la magnetización del material describirá un ciclo de Histéresis (curva roja). La energía disipada en el proceso de magnetización del material ferromagnético es proporcional al área del ciclo de histéresis y constituye parte de las llamadas pérdidas del hierro en cualquier máquina eléctrica. Para minimizar estas pérdidas es deseable que el ciclo de histéresis descrito por el material tenga área pequeña lo que se consigue haciendo trabajar el material lejos de la saturación, a ser posible en la zona de proporcionalidad. Dibuje, conjuntamente, las curvas del par resistente y par interno en función de la velocidad, para un sistema inestable motor carga. Explique brevemente las situaciones correspondientes al punto de corte de ambas curvas, así como las correspondientes a velocidades sensiblemente menores y mayores a la de dicho punto. PAU junio 2002 Un motor tiene régimen estable cuando al variar su velocidad el desequilibrio de pares tiende a volver la velocidad a su valor inicial, es decir si la velocidad tiende a aumentar el par motor debe ser inferior al par resistente y si la velocidad disminuye el par motor debe ser superior al resistente. En caso contrario el motor es inestable y si la velocidad aumenta el desequilibro de pare tiende a embalar el motor y si disminuye tenderá a frenarlo. La figura muestra esta situación. En el punto de corte el par motor es igual al resistente y el sistema está en equilibrio inestable.

6 Describa brevemente las corrientes de Foucault indicando qué práctica constructiva tiene en cuenta la disminución de las pérdidas debidas a dichas corrientes. PAU junio 2002 Las corrientes de Foucault son corrientes inducidas en materiales metálicos cuando estos se someten a un flujo magnético variable. Estas corrientes producen un calentamiento del material por efecto Joule por lo que constituyen una fuente de pérdidas de energía en cualquier máquina eléctrica (incluidas dentro de las llamadas pérdidas del hierro). Se evitan, en lo posible, utilizando en el rotor y el estator de la máquina piezas de formadas por láminas unidas en lugar de piezas macizas. Al laminar los núcleos se establecen discontinuidades que funcionan como circuitos abiertos que evitan el paso de la corriente.

7 Un motor de corriente continua con excitación serie, ( Ri = 0.16 Ω Rexc = 0.99 Ω), absorbe de la red 20 A cuando a plena carga se alimenta a 230 V y gira a 1500 r.p.m. Si las pérdidas en el hierro y las mecánicas suponen un 10 % de la potencia absorbida. Determine: PAU junio 2001 Un motor de corriente continua, excitación derivación, de 4 KW, 120 V, 1500 r.p.m., tiene a plena carga un rendimiento total del 82 % y unas pérdidas en sus devanados inductor e inducido del 4 y 5%, respectivamente, de la potencia absorbida. Determine: PAU junio 2001

8 Relacione las partes que constituyen una máquina eléctrica rotativa genérica, especificando la misión de cada una de ellas. En el caso del motor de corriente continua, indique la posición relativa de sus devanados y la naturaleza de las corrientes que circulan por los mismos. PAU septiembre 2000 Una máquina eléctrica rotativa genérica está compuesta por los siguientes elementos: Estátor: Constituido generalmente por material ferromagnético, es una pieza siempre en reposo, donde se localiza el devanado estatórico. Rótor: En un componente móvil, también formado por apilado de chapa ferromagnética, alberga al devanado rotórico, montado en el eje de la máquina que se apoya en ambos cojinetes para permitir el giro. Entrehierro: Pequeña zona de aire entre las dos parte anteriores para permitir el giro del rótor. En el motor de corriente continua el devanado inductor es el estatórico mientras que el inducido es el rotórico. Cuándo se dice que un motor eléctrico, en carga, es estable?. Qué se entiende por coeficiente de estabilidad?. PAU septiembre 2000 Se dice que un motor en carga es estable, si al variar su velocidad por el desequilibrio entre el par motor y par resistente, tiende a restablecerse la velocidad de régimen, es decir, ni se para ni se embala. Se entiende por coeficiente de estabilidad, la relación entre el par motor máximo y el par nominal. (M máx / M n ) Clasifique las posibles pérdidas de una máquina eléctrica indicando a qué se debe cada una. PAU septiembre 2000 Las pérdidas de las máquinas eléctricas se clasifican como sigue: Pérdidas magnéticas: (o pérdidas en el hierro). Pueden producirse por fenómenos de inducción de corrientes parásitas o de Foucault en la chapa magnética, de forma que ésta se calienta. También pueden producirse por histéresis magnética, fenómeno por el que la energía gastada en la imantación no es totalmente devuelta en la desimantación, quedando un campo magnético remanente. Pérdidas eléctricas: También conocidas como pérdidas en el cobre o aluminio, se debe al calentamiento de los devanados por efecto Joule. Pérdidas mecánicas: Debidas al rozamiento de las partes móviles, principalmente el del eje.

9 I.E.S. SABINO BERTHELOT - RAVELO (EL SAUZAL) DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA TECNOLOGÍA INDUSTRIAL 2º BACHILLERATO CURSO ESCOLAR Un motor de corriente continua de 8 CV, tiene un rendimiento del 85 % cuando se alimenta a 400 V. Si se sabe, además, que sus pérdidas en el cobre son iguales a la suma de las otras pérdidas, calcule: a) La intensidad que absorbe el motor. b) La suma de pérdidas en el hierro y mecánicas. c) La potencia eléctrica interna. PAU septiembre 2000 Página 9 de 9