Dinamos c.c. Alternadores c.a. Monofásicos. Trifásicos. De corriente alterna. Universales

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1 BL OQUE 4:ÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE CONTINUA 0. Introduccón a las máqunas léctrcas Es todo aarato qu gnra, transforma o arovcha la nrgía léctrca. Podmos consdrar trs grands gruos d máqunas léctrcas I)Gnradors: Gnran nrgía léctrca a artr d nrgía mcánca. S clasfcan a su vz n: a.) Dnamos: Gnran corrnt contnua (c.c.). a.) Altrnadors: Gnran corrnt altrna (c.a.) Enrgía mcánca II) Transformadors: Transforman la corrnt léctrca qu rcn n otra d dfrnts caractrístcas tanto n voltaj como n ntnsdad. Sólo funconan n corrnt altrna y no modfcan la frcunca. S clasfcan n:.) onofáscos.) Trfáscos III) otors: Transforman la nrgía léctrca qu rcn n mcánca. Enrgía léctrca Enrgía léctrca Enrgía léctrca Enrgía léctrca Enrgía mcánca Gnradors Dnamos c.c. Altrnadors c.a. áqunas Transformadors onofáscos Trfáscos D corrnt contnua otors D corrnt altrna Unvrsals a) Clasfcacón d los motors léctrcos: a) Sgún la corrnt mlada: otors d corrnt contnua, d corrnt altrna y motors unvrsals ) Los motors d corrnt contnua s clasfcan n cuatro tos: Exctacón ndndnt, xctacón sr, drvacón y comusta c) Los motors d corrnt altrna s udn clasfcar sgún trs crtros: -Sgún la vlocdad d gro: Síncronos y asíncronos -Sgún l to d rotor: Rotor onado o rotor n jaula d ardlla (n cortocrcuto) -Sgún l númro d fass: onofáscos y trfáscos ) Furzas d orgn lctromagnétco Para qu sor un conductor (una sra, una ona, tc) s jrza la accón d furzas d orgn lctromagnétco s ncsaro qu s ncuntr dntro d un camo magnétco y qu sté rcorrdos or una corrnt léctrca. Cuando un conductor d longtud L, rcorrdo or una corrnt léctrca d ntnsdad I, s stúa n l ntror d un camo magnético B, st jrc sor él una furza F. El valor d sa furza F s calcula con la xrsón: r r r F I.( L B) º Ly d Lalac El valor dl módulo d la furza vn dado or la xrsón FI.L.B.snα dond: -F: furza jrcda sor l conductor (N). -I: ntnsdad d la corrnt qu crcula or l conductor (A) -L:longtud dl conductor (m) -B:nduccón dl camo magnétco (T) -α: ángulo formado or l conductor y las línas d camo magnétco. La drccón vn dada or la rgla d la mano zqurda. S B L I N B F I F

2 c)consttucón gnral d una máquna rotatva c.. Consttucón físca En las máqunas rotatvas (dnamos, altrnadors, motors, tc) s dstngun las sgunts arts: Estator: Part xtror fja Rotor: Part móvl qu gra dntro dl stato Entrhrro: Esaco d ar ntr rotor y stator con ojto d rmtr l movmnto dl roto Est saco.d sr lo más rducdo osl, con l fn d vtar érddas d flujo magnétco al xtro c.. Cons ttucón dsd l unto d vsta lctromagnétco Dsd l unto d vsta lctromagnétco, stas máqunas s udn consdrar consttudas or un conjunto magnétco y dos crcutos léctrcos: uno n l rotor y otro n l stato Uno d los dvanados o arrollamntos, al sr rcorrdo or una corrnt léctrca, roduc l flujo magnétco qu s stalc n l conjunto magnétco d la máquna, or lo qu s dnomna arrollamnto nductor o d xctacón. En l otro arrollamnto, dnomnado nducdo, s nduc una furza lctromotrz, qu da lugar a un ar motor qu rovoca un gro (s l caso d la máquna léctrca actuando como motor), o n a una furza contralctromotrz, qu roduc un ar rsstnt qu s oon al gro (caso d máquna léctrca funconando como gnrador).. Consttucón y squma léctrco d las máqunas d corrnt contnua Son motors qu al sr almntados or corrnt contínua roorconan un movmnto d rotacón n l j dl roto El nductor s l dvanado dl stator y qu stá ncargado d crar l camo magnétco. El nducdo s l roto Para ntroducr corrnt n l nducdo s utlzan l colctor y las scollas. Exstn dstntos tos d conxón dl nductor (stator) rscto dl nducdo (rotor): otors xctados or mans rmannts: Sólo ara muy quñas otncas otors con xctacón ndndnt: Los crcutos léctrcos dl rotor y l stator stán sarados otors con xctacón n sr: Los crcutos léctrcos dl rotor y l stator stán colocados n sr otors con xctacón n drvacón: Los crcutos léctrcos dl rotor y l stator stán n arallo otors con xctacón comusta o comound E.Indndnt E. sr E.drvacón E. comusta

3 . agntuds áscas d una máquna d corrnt contnua. a) Furza lctromotrz nducda n l rotor d una máquna d corrnt contnua -En un conductor léctrco d longtud L qu s muv con vlocdad v, n l ntror d un camo magnétco B, s orgna una fm d valor L.( v B) () -Los conductors s stúan rndcularmnt al camo, or tanto l ángulo ntr v y B s d 9 0º y l roducto vctoral ( v B) tn módulo v.b () -A artr d () y () vmos ntoncs qu L. v. B (3) -El camo magnétco s gual al roducto dl flujo or la surfc B.S (4) -S la máquna tn ars d olos magnétcos statórcos, un rado r, y una rofunddad L, tnmos qu ara cada ar d olos, la surfc a la qu afcta su flujo magnétco. π. L S (5) -D (4) y (5) otnmos qu ara cada ar d olos. B (6) S. L -La vlocdad a la qu s muvn los conductors dl rotor s. n v ω. r. r (7) -Comnando (3), (6) y (7) otnmos qu. n. L. v. B L.. r.. n.. L Conclumos qu: La furza lctromotrz n l nducdo d una máquna d corrnt contnua s roorconal a la vlocdad d gro dl motor y al flujo magnétco or olo: C. n. dond C K.I En l arranqu dl motor, n0 y or tanto 0 ) Par lctromagnétco n una máquna d corrnt contnua -Como hmos vsto la furza qu actúa sor un conductor s r r r F I.( L B) (). Esta s la stuacón n la qu stán los dvanados dl nducdo (rotor). -Como n l nducdo L y B son rndculars otnmos qu F I. L. B () -Como hmos vsto ants. B (3) S. L -D () y (3) otnmos qu. I.. F I. L.. L. r (4) -Como l ar s la furza or l razo, otnmos a artr d (4) qu. I. F. r (5).π Conclumos qu: El ar lctromagnétco n una máquna d corrnt contnua s roorconal a la ntnsdad dl nducdo y al flujo magnétco or olo: C.. I dond C K.I c) Esqumas léctrcos y alanc d otnca San: -R: rsstnca dl dvanado dl nducdo (rotor) -I: ntnsdad dl nducdo (rotor) -: fm dl nducdo (rotor) -R: rsstnca dl dvanado d xctacón (stator) -I: ntnsdad dl dvanado d xctacón (stator) - : tnsón n l dvanado d xctacón (stator) Sgún la máquna traaj como gnrador o como motor tndrmos qu los sntdos d la tnsón y d la corrnt srán: I I otor Gnrador

4 R c.. otor d xctacón n drvacón I R I Osrvamos qu: I R () + I. R. () Hacndo l alancd otncas otnmos qu ( I + I ) I. R + I. R. I (3) +. : C. n. (4) C Orando () y (4) otnmos qu: n. R. I Curva caractrístca d C. ( ) vlocdad S osrva qu la vlocdad n vacío (sn carga) s K.I n 0 C. C.. I dond C y orando vmos qu ct.i.i S llama caractrístca mcánca d un motor n drvacón a n n funcón d. S otn a artr d las cuacons antrors: n... R. C C Caractrístca mcánca P. ω. n. A artr d sto otnmos qu ara dos rgímns dstntos d funconamnto d la máquna smr n I qu sa la msma, otndrmos qu y qu n I El alanc nrgétco dl motor n drvacón s: Potnca sumnstrada al motor.i lna.(i +I ) Potnca sumnstrada al nducdo.i Potnca léctrca transformada n mcánca.i Potnca mcánca n l j P.ω.(.π/). Potnca sumnstrada a la xctacón (n l motor n drvacón s gual n vacío qu n carga).i.pérddas or fcto Joul n l ducdo I.R.Pérddas or fcto Joul n la xctacón I.R 3.Pérddas n los contactos d las scollas.pérddas n l hrro.pérddas or vntlacón y rozamnto n scollas y cojnts

5 c.. otor d xctacón ndndnt Procdndo d manra déntca qu con l motor n drvacón otnmos qu: I + I. R R R I C. n. C n. C. ( R. I ) Curva caractrístca d vlocdad K.I C.. I dond C.π P. ω. n. c.3 otor d xctacón sr + ( R + R ). I R C. n. C R II n. C. + ( ( R R ). I ) Curva caractrístca d vlocdad K. I K. I C.. I dond C y como K.I odmos dcr qu ct.i n.. C P. ω. n. C. ( R + R ). Caractrístca mcánca A artr d sto otnmos qu ara dos rgímns dstntos d funconamnto d la máquna smr n. I I con la msma otndrmos qu y qu n. I I c.4otor d xctacón comusta Hay dos tos d conxons: Rs Rs R IIs R I R I R I Conxón larga Conxón corta

6 . Un motor d corrnt contnua con xctacón n drvacón d 5 Cv y 0 V gra a 000 rm, sndo su rndmnto dl 8%. La R0,08 Ω y la Ix3A. Calcula: a) La otnca sumnstrada or l moto ) La otnca asorda or l moto c) La ntnsdad d corrnt n l nducdo. d) Par d frnado ) Furza contralctromotrz. Un motor d corrnt contnua con xctacón n drvacón, s ncuntra conctado a una lína d 400V y 50A, roducndo n l j una otnca d 5CV y una vlocdad d 000.m.. S la rsstnca dl nducdo s R0,5Ω y la d xctacón Rx00 Ω, calcular: a) Rndmnto n las condcons d lna carga. ) Par moto c) Furza contralctromotrz. Dujar l squma. 3.Un motor d corrnt contnua (con xctacón n drvacón) s ncuntra conctado a una lína d 380V y 5A, roducndo n l j una otnca d CV y una vlocdad d 50.m.. S la rsstnca dl nducdo s R0,45Ω, y la d xctacón RxΩ, calcular: a) Rndmnto n las condcons d lna carga. ) Dujar l squma y hallar la furza contralctromotrz. c) Par moto 4.Un motor d corrnt contnua con xctacón n drvacón, s ncuntra conctado a una lína d 400V y A, roducndo n l j una otnca d 30 CV y una vlocdad d 500.m.. S la rsstnca dl nducdo s R0,Ω y la d xctacón Rx400Ω, calcular: a) Furza contralctromotrz. ) Rndmnto n las condcons d lna carga, y ar moto c) Valor d la rsstnca n sr con R, ara qu la corrnt n l nducdo no soras,5 vcs la ntnsdad nomnal n l arranqu. 5.Un motor d corrnt contnua con xctacón n drvacón, s ncuntra conctado a una lína d 30V, roducndo n l j una otnca d 0CV y una vlocdad d 00.m.. S la rsstnca dl nducdo s R0,Ω, la corrnt d xctacón Ix A, y l rndmnto dl 93%, calcular: a) Potnca asorda or l motor y corrnt asorda d la lína. ) Furza contralctromotrz. Dujar l squma. c) Par moto 6. Un motor d corrnt contnua con xctacón n drvacón, s ncuntra conctado a una lína d 30V y 35A, roducndo n l j una otnca d 0CV y una vlocdad d 000.m.. S la rsstnca dl nducdo s R0,Ω y la d xctacón Rx5Ω, calcular: a) Rndmnto n las condcons d lna carga, y l ar moto ) Furza contralctromotrz. c) Valor d la rsstnca n sr con R, ara qu la corrnt n l nducdo no soras, vcs la ntnsdad nomnal n l arranqu. 7.Un motor d corrnt contnua con xctacón n drvacón, s ncuntra conctado a una lína d 380V y 0A, roducndo n l j una otnca d 9 CV y una vlocdad d 000.m.. S la rsstnca dl nducdo s R0,33Ω y la d xctacón Rx380 Ω, calcular: a) Rndmnto n las condcons d lna carga y l ar moto ) Dujar l squma y hallar la furza contralctromotrz. c) Valor d la rsstnca a colocar n sr con R, ara qu la ntnsdad dl nducdo n l arranqu no soras l dol d la ntnsdad nomnal. 8. Calcula l ar y la fm nomnal d un motor d corrnt contnua con xctacón sr d 30V, 5A, 500 rm, R0, Ω y Rx0, Ω. Halla qu rsstnca s ncsaro conctar n sr con l nducdo n l arranqu ara qu la vlocdad s rduzca a la mtad, otnndo l msmo a

7 9. Un motor d corrnt contnua con xctacón sr, con R0,5 Ω, Rx0, Ω, asor una corrnt d 40A d una lína d 0V cuando gra a 700 rm. Calcula la corrnt asorda d la lína y la vlocdad d gro s s concta una rsstnca n arallo con l dvanado d xctacón dl msmo valor qu la rsstnca dl dvanado xctador y l ar rsstnt aumnta un 50%. 0.Un motor d corrnt contnua con xctacón n drvacón d 30CV s concta a una lína d 30V ara acconar una oma. Con la oma conctada consum d la rd 83,5 A a 00 rm. En vacío, ara grar a sas rvolucons s rcso alcar 6V al motor, consumndo ntoncs 6,5 A. La rsstnca dl nducdo R0,5 Ω y a d xctacón Rx74 Ω, calcula: a) Potnca sumnstrada a la oma ) Rndmnto dl motor con la oma conctada c)valor d la rsstnca d arranqu a colocar n sr con l dvanado nducdo ara qu la corrnt n l arranqu sa d 83,5 A d) Par lctromagnétco d arranqu ) Vlocdad d gro cuando la ntnsdad consumda or l motor sa d 40A. Un motor d c.c. con xctacón n drvacón con R 0,Ω y Rd 400Ω rsnta n su laca d caractrístcas los sgunts valors. Tnsón: 800 V. Potnca: 90 CV. Intnsdad: 85 A. Rm: 900. Dtrmna: a) El rndmnto. ) La ntnsdad dl nducdo. c) La furza contralctromotrz. d) La otnca léctrca transformada n mcánca.. Un motor d c.c. xctacón sr rsnta los sgunts valors. Tnsón n orns, 40 V. Rsstnca crcuto d xctacón 0,03Ω Rsstnca crcuto dl nducdo, 0,5Ω Rndmnto, 85 %. Potnca 5 cv. Dtrmna: a) La ntnsdad consumda. ) La furza contralctrotrz. c) La otnca rdda or fcto joul. 3. Un motor d c.c. con xctacón n drvacón, s ncuntra conctado a una lína d 0V y 38 A, roducndo n l j una otnca d 0 CV y una vlocdad d 500 rm. S la rsstnca dl nducdo s R 0, Ω y la d xctacón Rx 0Ω, calcular: a) Rndmnto n las condcons d lna carga y ar moto ) Duja l squma y halla la furza contralctromotrz. c) Valor d la rsstnca n sr con R, ara qu la corrnt n l nducdo no soras,5 vcs la nomnal n l arranqu 4. Un motor d corrnt contnua con xctacón n drvacón, tn los sgunts datos: Potnca 0CV, V 0V. n900 rm. µ 88% R 80mΩ, IxA. S s rduc la vlocdad a la mtad, ntrcalando una rsstnca n l crcuto dl nducdo ro mantnndo l ar constant. Calcular: Ants d varar la vlocdad a). Potnca asorda or l moto ). Intnsdads. c). Pa d). f.c..m.. Dsués d varar la vlocdad ). Potnca. f). f.c..m.

8 5. Un motor con xctacón sr gra a 40 rm. Cuando asor 8.800W d una rd d 40 V. Hallar su vlocdad cuando ntrcalamos n sr con su nducdo una rsstnca d Ω. En stas crcunstancas la ntnsdad ha dsmnudo un 45% Hallar l nuvo ar moto ( R 0.9 Ω, Rs Ω) 6. Un motor con xctacón n drvacón tn a su vlocdad nomnal ( 840 rm.) un ar motor d 88, Nm, y un rndmnto gloal d 0,87. la tnsón d rd s 0 V. El onado d xctacón asor 300 w, y R s 0,08Ω. Hallar la máxma vlocdad qu alcanza l motor, s n vaco consum 350w. 7. Un motor con xctacón n drvacón traaja a una tnsón nomnal d 30 V. En vacío gra a 490rm, y asor una otnca d 840 W, d la qu l 3 % corrsond a la xctacón. Duja l squma y halla su vlocdad y ar motor a lna carga, s su otnca útl nomnal s d CV, con un rndmnto d 0,94 y R 0,7 Ω. 8.Un motor con xctacón sr gra a 40 rm. Cuando asor 8800 w d una rd d 40v. Hallar su vlocdad cuando ntrcalamos n sr con su nducdo una rsstnca d Ω. En stas crcunstancas la ntnsdad ha dsmnudo un 45%. Hallar l nuvo ar motor sndo Rs0,087Ω y R 0,9Ω. 9.Un motor con xctacón n drvacón tn una otnca útl d 3 Kw a 450 rm. Y a una tnsón d rd d 500v. Con un rndmnto gloal d 0,9. Hay qu rducr su vlocdad n un 30% ara mantnr l a Calcular l valor d la rsstnca qu hay qu colocar n sr con l nducdo sndo Rd40Ω R 0,7Ω.