RESUMEN MOTORES CORRIENTE CONTINUA

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1 RESMEN MOTORES CORRENTE CONTNA Los motors léctricos convirtn la nrgía léctrica n nrgía mcánica. Así, la corrint léctrica tomada d la rd rcorr las bobinas o dvanados dl motor, n cuyo intrior s cran campos magnéticos qu gnran furzas qu impulsan l moviminto d rotación d la part móvil dl motor (rotor). En los motors d corrint continua distinguimos dos parts fundamntals: a) dvanado inductor o xcitador, localizado n l stator, al qu s aplica una corrint continua, qu gnra un campo magnético dfinido por l vctor inducción magnética (B ) y b) un dvanado inducido, localizado n l rotor, al qu s aplica una corrint continua y n l qu s gnra una furza lctromagnética d valor F = l* * B. Así, l par qu xprimnta l j dl rotor vndrá dado por la xprsión: M = K * Φ, sindo Φ l flujo magnético gnrado n l * i Φ = K'* y M K' '* i * inductor y por tanto =, sindo i las corrints qu rcorrn l dvanado inducido inductor rspctivamnt y K, K y K constants. Por otro lado, l moviminto dl rotor, gnra una furza contralctromotriz ( ε ' ), qu rprsnta l consumo d nrgía léctrica por unidad d carga dl motor y qu dpnd d la vlocidad d la vlocidad d giro dl rotor y dl flujo magnético crado n l inductor, sgún la xprsión: ε ' = K* Φ. En corrint continua, l dvanado inductor lo podmos sustituir por una rsistncia y l dvanado inducido por una furza contralctromotriz y una rsistncia intrna. D sta forma, si suponmos qu inductor inducido stá conctados a dos circuitos léctricos difrnts, la rlación ntr las difrnts magnituds léctricas sría: nductor nducido i R =*R = ε '+ * Cuando l motor trabaja n vacío (sin qu su j s acopl a ningún mcanismo y por tanto sin ralizar trabajo útil), l consumo d nrgía léctrica s rduc y por tanto la intnsidad qu rcorr l inducido también. dalmnt, n vacío, l par motor sría cro y también la intnsidad dl inducido. (M o =0; M o =K * io * Φ io =0 ) 1

2 POTENCA Y RENDMENTO P u : potncia útil (la qu s convirt n trabajo d rotación) P ab : potncia absorbida d la rd léctrica P : potncia léctrica P cu : potncia prdida por fcto Joul o pérdidas por calor n l hilo conductor (cobr) P F : potncia prdida por pquñas variacions dl flujo magnético: a) por histérsis (dsprndiminto d calor al imantars los matrials férricos dl motor) o b) por corrints parásitas o d Foucault (producidas n l núclo d hirro sobr l qu s arrollan las bobinas dl inducido). P mc : potncia prdida por rozaminto (cojints, scobillas,...) η: rndiminto dl motor η = Pu = M*ω (M = par motor) Pab = * Pu Pab P = ε'* Pcu = * Lugo Pab = P + Pcu = ε '+ * * = ε '* + * Pu = Pab Pcu Pf Pmc Pu = P Pf Pmc n squma d lo xpusto sría: P ab =* P =* P u =M*ω P Cu P F P mc En l vacío (sin carga) la potncia útil dl motor s 0 (P u = 0) y por tanto: P = P P P P P = P P abo Cuo F mc Lugo podmos conocr las pérdidas n l hirro y las pérdidas mcánicas si tnmos l dato d la potncia absorbida n vacío o sin carga (P abo ) y n su caso, las pérdidas por fcto Joul n vacío (P Cuo ). F mc abo Cuo ARRANQE Y RÉGMEN ESTABLE El arranqu s l momnto n qu concta l motor a la rd. En s instant, l par dsarrollado por l rotor (M o par motor) db vncr la rsistncia qu oponga la carga o par rsistnt (Mr) d modo qu db cumplirs qu M>Mr. En l arranqu, la intnsidad qu absorb l motor d la rd pud sr hasta 6 vcs la intnsidad n régimn stabl o intnsidad nominal. En l instant dl arranqu, la vlocidad dl motor s 0 y por tanto también la furza contralctromotriz (=0) ya qu ε ' = K* Φ, d forma qu = *. S dic qu l motor ha alcanzado su régimn stabl cuando su vlocidad s mantin constant, n s instant l par motor y par rsistnt son iguals (M=Mr) y l motor absorb d la rd la intnsidad nominal.

3 TPOS DE MOTORES DE CORRENTE CONTNA SEGÚN LA FORMA DE CONEXÓN DE LAS BOBNAS O DEVANADOS MOTOR DERVACÓN En stos motors, l dvanado inductor s concta n parallo con l dvanado inducido, sgún l siguint squma léctrico: En l dvanado inducido: = ε '+ * Lugo, i En l dvanado inductor: = R * ( s indpndint d i ) * = *( i + ) = * i + * i R* + Pcu( R i R) Pab = ε + Pab = P + i R Curvas caractrísticas dl motor drivación Vlocidad n = f( i ) Par M = f ( i ) n M i i ε ' = K * Φ = K1* M = K * i* Φ = K3* i* ε ' = R i * i Como s casi constant: Lugo n R * i i = M = K4* i K1* Son motors con vlocidad casi constant (la vlocidad apnas disminuy al aumntar la carga). Son motors stabls y d prcisión, muy utilizados n máquinashrramintas: frsadoras, tornos, taladradoras, tc. 3

4 MOTOR SERE En stos motors, l dvanado inductor o xcitador s coloca n sri con l dvanado inducido. Corrspond a stos motors l siguint squma léctrico: En st caso, la intnsidad qu rcorr ambos dvanados s la misma: = i = Y la tnsión tomada d la rd srá igual a las caídas d tnsión d los difrnts lmntos: = ε ' + * + R * Lugo, Pab = * = ε * + ( R R )* Pab = P + Pcu + ( R i R ) i + R Curvas caractrísticas dl motor sri Vlocidad n = f( i ) Par M = f ( i ) n M i i ε ' = K * Φ = K1* M = K * i* Φ = K3* i* ' = ( + R )* = i = ε ( + R)* n = K * 1 M = K * 4 Ahora, al variar la carga, varía, l dnominador no s constant y por tanto la caractrística d vlocidad d stos motors s una hipérbola. En l caso dl par, la curva caractrística s una parábola, ya qu las intnsidads son iguals. Estos motors s caractrizan, por tanto, por tnr un lvado par d arranqu, lo qu ls prmit iniciar l moviminto con carga, pro su vlocidad no s mantin constant, sino qu disminuy al aumntar la carga o aumnta al disminuir ésta. S utilizan n frrocarrils, funiculars,... MOTOR COMPOND En stos motors, part dl dvanado xcitador s coloca n sri y part n parallo. Estos motors prsntan caractrísticas intrmdias ntr l motor sri y drivación, d forma qu mjoran la prcisión dl primro y l par d arranqu dl sgundo. 4

5 PROBLEMAS MOTORES ELÉCTRCOS 1. La instalación d un montacargas tin un rndiminto dl 80 %. Si l montacargas tin una masa d 500 kg, sub 10 pisos n un minuto y cada piso tin una altura d 3 m y admit una carga máxima d kg. Calcular: a) La nrgía qu consum cuando sub dscargado b) La potncia qu absorb dscargado c) La potncia qu ncsita para subir a plna carga. n motor léctrico tin las siguints caractrísticas nominals: Potncia útil 5 CV, vlocidad: 1450 rpm y rndiminto 85 %. Dtrminar: a) Potncia absorbida d la rd léctrica b) Si s quisira movr un sistma mcánico con un par rsistnt d 30 N m, s podría utilizar st motor?. Razona la rspusta. MOTORES DE CORRENTE CONTNA 3. n motor d corrint continua stá conctado a una tnsión d 4 v y consum A girando a una vlocidad d 600 rpm. Su rndiminto s dl 90 % y su rsistncia intrna d 0,5 Ω. Calcular: a) La potncia absorbida b) La furza contralctromotriz c) La potncia útil d) El par motor n l j ) La intnsidad n l momnto d arranqu 4. n motor d corrint continua d xcitación n sri, d 30 v, 115 A, 1500 rpm, =0,1 Ω, R= 0,1 Ω. Calcular: a) Furza contralctromotriz y par nominal. b) calcula la vlocidad cuando la intnsidad sa l dobl y la mitad qu la nominal y dibuja la caractrística d vlocidad n=f() 5.- n motor sri pos una rsistncia n l inducido d 0, Ω y la rsistncia dl dvanado d xcitación val 0,1 Ω. La tnsión d lína s d 0 v y la fcm s d 15 v. Dtrminar: a) la intnsidad qu absorb n l arranqu, b) la intnsidad nominal, c) la rsistncia a conctar n sri para rducir la intnsidad d arranqu al dobl d la nominal. 6. n motor d corrint continua drivación d 15 CV d potncia útil y 10 V gira a 1000 rpm, sindo su rndiminto dl 8 %. La rsistncia dl inducido s 0,08 y la corrint d xcitación d 3 A. Hallar: a) Potncia suministrada por l motor b) Potncia absorbida por l motor c) ntnsidad d corrint n l inducido d) Par d frnado ) Furza contralctromotriz 7. n motor d c.c. d xcitación n drivación s concta a una lína d 30 V para accionar una bomba. Con lla conctada, consum d la rd 0 A a 100 rpm. La rsistncia dl inducido s d 1 Ω y la dl dvanado inductor d 46 Ω. Las pérdidas n l hirro y las mcánicas s han stimado n 50 W y 175 W, rspctivamnt. a) Calcula las corrints n l inductor y n l inducido. b) Dtrmina la potncia n pérdidas dl motor, la potncia útil para la bomba y l rndiminto. c) Calcula la fcm n l rotor. d) Halla l par proporcionado a la bomba. Cuál sría si las pérdidas n l hirro y mcánicas fusn nulas?. ) Dtrmina l par n l arranqu y la vlocidad n vacío dl motor, suponindo qu la pérdidas mcánicas y n l hirro son nulas. Con los valors dtrmina la caractrística mcánica T(n) dl motor.

6 8.- n motor d c.c. d xcitación n drivación s concta a una lína d 30 V para accionar un montacargas. Con l montacargas funcionando, consum d la rd 63,5 A a 100 rpm; y n vacío, para mantnr l mismo númro d rvolucions, l motor consum 16,5 A, aplicando la misma tnsión. La rsistncia dl inducido s d 0,15 Ω y la dl dvanado d xcitación d 174 Ω. Considrando qu las pérdidas n l hirro son nulas y qu las mcánicas n ambos casos son las mismas, calcula: a) Las pérdidas por fcto Joul n condicions nominals. b) Las pérdidas mcánicas y l rndiminto dl motor con l montacargas funcionando. c) El par lctromagnético d arranqu. d) La vlocidad d giro cuando la intnsidad consumida por l motor sa d 40 A. ) Si l montacargas tin una masa d 1000 kg, sub doc mtros n un minuto, calcula la carga máxima qu pud subir dsprciando las pérdidas por rozaminto dl sistma mcánico. 9.- n motor d c.c. d xcitación sri, con carga nominal gira a una vlocidad d 100 rpm, absorb una intnsidad d 0 A con una tnsión d lína d 0 V y tin un par d 50 N m. Si la rsistncia dl inducido s 0,8 Ω y la dl dvanado d xcitación d 1, Ω, calcula: a) La caída d tnsión y la intnsidad dl inducido n l momnto dl arranqu. b) calcula la vlocidad cuando la intnsidad sa l dobl y mitad qu la nominal y dibuja la caractrística d vlocidad n = f(). c) El valor d la rsistncia d arranqu qu srá ncsario conctar n sri con l dvanado inducido para qu la corrint inicial sa l dobl qu la nominal. PROBLEMAS MOTORES ELÉCTRCOS P.A CyL Sptimbr 99 n motor léctrico con rndiminto dl 85% tin qu accionar un montacargas, cuyo pso n vacío s d 437 kg y qu pud cargars con 1537 kg más. El montacargas s lva 4,6 mtros d altura, tardando n llo 35 sgundos. Cuál s la potncia dl motor (n cv) ncsaria? Cuál srá la intnsidad nominal absorbida, si l motor stá conctado a una rd d 0 v? CyL Sptimbr 99 n motor d corrint continua d 8 CV, tin un rndiminto dl 85 % cuando s alimnta a 400 V. Si s sab, admás, qu sus pérdidas n l cobr son iguals a la suma d las otras pérdidas, calcul: a) La intnsidad qu absorb l motor. b) La suma d pérdidas n l hirro y mcánicas. c) La potncia léctrica intrna. 1.- CyL Junio 001. n motor léctrico s alimnta a 1 Voltios y consum 0 Amprios cuando gira a 100 r.p.m., sindo su rsistncia intrna = 0.1 Ohmios. Calcula: a) La furza contralctromotriz inducida. b) Potncia absorbida, potncia útil y rndiminto. c) ntnsidad d arranqu. d) Par nominal y par d arranqu.

7 CESTONES MÁQNAS ELÉCTRCAS PA 13.- CyL Sptimbr 000 1) Rlacion las parts qu constituyn una máquina léctrica rotativa gnérica, spcificando la misión d cada una d llas. En l caso dl motor d corrint continua, indiqu la posición rlativa d sus dvanados y la naturalza d las corrints qu circulan por los mismos. ) Clasifiqu las posibls pérdidas d una máquina léctrica indicando a qué s db cada una CyL Sptimbr 001 Qué potncia léctrica consum un motor léctrico qu acciona una bomba olohidráulica qu gira a rpm., si l caudal suministrado s d 10 cm3 por cada rvolución y l manómtro a su salida indica 100 Kg/cm.? Rndiminto global: CyL Junio 003 Enumra y dscrib las pérdidas d una máquina léctrica 17.- CyL Junio 004 En un motor d corrint continua: - Dfin corrint d xcitación y corrint d inducido - Cómo varía la curva caractrística d vlocidad d un motor d corrint continua d xcitación n drivación, al añadir una rsistncia n sri con l dvanado inducido? Razona la rspusta CyL Sptimbr 006 Qué tipos difrnts d xcitación xistn n los motors d corrint continua? Explica cada uno d llos. TEMAS MÁQNAS ELÉCTRCAS CyL Junio 000. Constitución y clasificación d las máquinas léctricas rotativas. CyL Junio 00. Constitución y principio d funcionaminto d los motors d corrint altrna: - Elmntos constituynts: dfinición y xplicación d cada uno d llos. - Explica con claridad como funciona un motor d corrint altrna. - Dfin y xplica l concpto d vlocidad d giro dl campo magnético. CyL Sptimbr 003. Tipos d motors léctricos d corrint continua n función d cómo s conctn l dvanado inductor y l dvanado inducido: Dscrib cada uno d los tipos. ndica y xplica una figura dl squma léctrico d cada uno d los tipos