Problemas Resueltos de Maquinas eléctricas
Aqui teneis los enlaces a los ejercicios resueltos por bloques de 5 en 5 ejercicios.
Problemas resueltos del 1 al 5
Problemas resueltos del 6 al 10
Problemas resueltos del 11 al 15
Problemas resueltos del 16 al 20
Problemas resueltos del 21 al 25
Problemas resueltos del 26 al 29
A continuación tienes los enunciados de los 29 problemas resueltos de máquinas eléctricas:
1. Un motor de CC de excitación independiente de 10 KW se conecta a una tensión de 110V. Determinar la corriente absorbida por el mismo en el arranque, si la resistencia interna del inducido y de los polos de conmutación es de 0,3ohmios y la caída de tensión de las escobillas es de aproximadamente 2V.
¿De qué valor tendrá que ser la resistencia del reostato de arranque que habrá que conectar en serie con el inducido para que la intensidad en el arranque no supere 2 veces a la nominal?
a) F.e.m. generada.
b) Si el arrollamiento fuera ondulado, ¿a qué velocidad debería girar el rotar para obtener una f.e.m. igual a 400 V?
c) ¿cuál sería el par electromagnético desarrollado por la máquina en el caso anterior para una corriente del inducido de 25 A?
resistencia en sus respectivos devanados:
Inducido = 80miliohmios; Serie = 50miliohmios; Derivación = 200ohmios;
Auxiliar = 20míliohmios
Sabiendo que la resistencia exterior o de carga es de 10 ohmios Determinar:
a) Intensidad de corriente en cada parte del circuito.
b) Diferencia de potencial en bornes.
c) Diferencia de potencial entre escobillas.
d) Potencia útil.
e) Potencia absorbida.
B- Par motor
C- Rendimiento
a) La intensidad absorbida de la línea.
b) Intensidad que circula por el inducido.
c) Fuerza contraelectromotriz.
d) El rendimiento.
a) Intensidad que suministra cada generador.
b) Tensión en las barras.
a) Intensidad de corriente en los diversos circuitos de la Máquina.
b) Diferencia de potencial en el inducido y en los bornes de utilización.
c) Rendimiento eléctrico del generador.
a) Intensidad que absorbe el motor.
b) Potencia perdida.
c) Perdidas en el hierro más las mecánicas.
d) Potencia eléctrica interna.
a) Resistencia total del circuito.
b) Intensidad en la carga.
c) Caída de tensión interna del generador.
d) Voltaje en bornes de la Máquina.
a) Potencia eléctrica.
b) Si se quisiera mover un sistema mecánico con un par resistente de 30 Nm, ¿se podría utilizar este motor?
> ¿Cual será la fuerza media que aparece en la periferia del rotor de un motor si este rotor posee un diámetro de 15 cm y desarrolla un par motor de 100 Nm?
a) Par motor disponible
b) Potencia disponible en las ruedas
c) Par disponible en las ruedas
a) La energía que consume cuando sube descargado.
b) La potencia que absorbe descargado.
c) La potencia que necesita para subir a plena carga.
a) Corriente de arranque.
b) Intensidad de la línea nominal.
c) Potencia absorbida.
d) Potencia perdida.
e) Rendimiento eléctrico.
a) La resistencia del inducido.
b) La fuerza contraelectromotriz.
c) El par mecánico suministrado.
a) Las corrientes que circulan por sus devanados.
b) La fuerza contraelectromotriz.
c) La potencia mecánica suministrada y el para motor.
a) El valor de las corrientes que circulan por sus devanados.
b) El valor de la resistencia de excitación en serie Rs.
c) El par suministrado por el motor y el rendimiento.
a) Las corrientes que circulan por los devanados.
b) Potencia mecánica suministrada, potencia absorbida de la línea y las perdidas joule en sus devanados.
c) Par motor sabiendo que la Máquina gira a 1000 rpm.
a) La potencia absorbida.
b) La fuerza contraelectromotriz.
c) La potencia útil.
d) El par motor en el eje.
e) La intensidad en el momento del arranque.
a) Corriente absorbida y tensión inducida en el primer caso.
b) Corriente absorbida y tensión inducida en el segundo caso.
c) Relación de velocidades en ambos casos.
¿Qué es una derivación de motor de excitación?
Una derivación de motor de excitación es un tipo de derivación auxiliar en un motor síncrono. No es una parte esencial del motor y puede retirarse sin detener el funcionamiento normal del dispositivo. Una derivación de motor de excitación se utiliza para aumentar la corriente suministrada a los motores cuando necesitan más par. Esto puede ser necesario si tiene que hacer funcionar una carga pesada ocasionalmente o si ha conseguido el par máximo de su motor reduciendo su velocidad. Una derivación de excitación funciona desviando la corriente de un conjunto de bobinas para que fluya a través de otro conjunto. De este modo, fluye una gran corriente a través del segundo conjunto de bobinas y produce un par mayor del que sería posible normalmente. Este tipo de derivación funciona con reguladores centrífugos que controlan la tensión suministrada al rotor desplazando la resistencia en proporción a la velocidad del eje, lo que crea el efecto inverso en la tensión de salida, aumentando o disminuyendo según sea necesario. Una derivación de motor de excitación requiere esta configuración porque tiene dos conjuntos de devanados en lugar de uno solo - de ahí lo de "derivación" - pero también necesita que ambos trabajen juntos como parte de un único sistema.
¿Cómo funciona una derivación de motor de excitación?
Una derivación de motor de excitación se utiliza para aumentar la corriente que fluye en las bobinas del rotor. Esta corriente adicional crea más fuerza magnética y da lugar a más par. El controlador del motor mide la corriente que fluye en las bobinas del rotor y envía una señal al shunt para desviar la corriente de un conjunto de bobinas para que fluya a través de otro conjunto. La cantidad de corriente desviada es proporcional a la corriente que fluye en las bobinas del rotor. Al aumentar la corriente en las bobinas del rotor, también aumenta la fuerza magnética y, por lo tanto, el par motor. Este tipo de derivación se utiliza porque el motor tiene dos conjuntos de bobinas en lugar de uno solo (de ahí lo de "derivación"), pero también tienen que trabajar juntos como parte de un único sistema.
¿Cómo se instala una derivación de motor de excitación?
Una derivación de motor de excitación se instala en el circuito del rotor como se muestra en el diagrama de cableado siguiente. La derivación del motor de excitación suele instalarse cuando el motor se pone en marcha por primera vez y luego se deja en su lugar durante toda la vida útil del motor.
La derivación del motor de excitación es necesaria para
algunos dispositivos.
Los siguientes dispositivos deben tener una derivación de motor de excitación: - Máquinas que tienen un rotor con jaula de ardilla que puede ser excitado por la corriente que fluye en las bobinas del rotor. - Máquinas que tienen un rotor con jaula de ardilla que tienen un campo giratorio. - Máquinas con un campo giratorio que puede ser excitado por la corriente que fluye en las bobinas del rotor. - Máquinas con un campo giratorio que tienen un rotor de jaula de ardilla. Las máquinas con campo giratorio con rotor de jaula de ardilla no necesitan derivaciones de motor de excitación.
¿Qué se puede hacer con una derivación del motor de
excitación?
Una derivación del motor de excitación aumenta
la corriente en las bobinas del rotor, lo que aumenta la fuerza magnética y,
por tanto, el par. Una aplicación típica de una derivación de motor de
excitación es aumentar el par de funcionamiento en condiciones de carga pesada.
Esto puede ser necesario, por ejemplo, en aplicaciones de manipulación de
materiales, en las que el motor tiene que funcionar ocasionalmente con una
carga pesada. El controlador del motor también puede aumentar la corriente en
las bobinas del rotor y, por tanto, aumentar el par. Esto puede ser necesario
si ha alcanzado el par máximo de su motor reduciendo su velocidad.
Cómo funciona un motor de CC de excitación compuesta
Los motores de corriente continua son muy populares en numerosas aplicaciones, especialmente cuando se requiere un bajo nivel de ruido y un par elevado. También tienen la ventaja de que pueden ser controlados directamente por la electrónica, por lo que pueden utilizarse como parte de un proceso automatizado sin necesidad de un accionamiento mecánico. Los motores de CC de excitación compuesta son un tipo especial de motor que combina dos tipos diferentes de excitación en un solo paquete. Se utilizan cuando el espacio y el peso son importantes y no se pueden conseguir utilizando únicamente la excitación por bobina o por condensador. El principio de funcionamiento de cualquier motor de corriente continua es la generación de fuerzas magnéticas mediante la aplicación de corriente a los devanados alrededor de un estator que tiene un núcleo de hierro. Hay dos formas principales de conseguirlo: utilizando corriente continua (CC) procedente de baterías o utilizando corriente alterna (CA) procedente de fuentes de tensión como los transformadores. Un motor de CC de excitación compuesta utiliza estas dos técnicas para conseguir un tamaño compacto y un bajo nivel de ruido. El resultado es un equipo extremadamente útil para muchas aplicaciones, como bombas de agua, fresas y otras máquinas con estrictos requisitos de tamaño y ruido.
Entender los motores de corriente continua
Un motor de corriente continua consta de un imán permanente o núcleo electromagnético, llamado estator, que gira dentro de un conjunto de electroimanes llamado rotor. Cuando se introduce corriente a través de los electroimanes, se genera un campo magnético giratorio en el rotor que es atraído por el estator. Esto hace que el rotor gire en una dirección determinada dependiendo de los polos de los electroimanes que reciben corriente. A menudo se describe a los motores como si tuvieran imanes giratorios y bobinas estacionarias. Esto se debe a que los electroimanes del rotor reciben corriente a través de las bobinas enrolladas alrededor del estator. El campo magnético giratorio generado en el rotor es atraído por el estator, haciendo que éste gire.
Tipos de motores de CC de excitación compuesta
Hay dos tipos principales de motores de CC de excitación compuesta. El primer tipo utiliza una combinación de corriente continua (CC) y excitación de condensador, mientras que el otro tipo utiliza una combinación de CA y una excitación de CC. Los dos tipos tienen la misma estructura de bobinado, con tres devanados, pero el tipo de excitación y las conexiones son diferentes. Un motor de excitación compuesta de CC utiliza excitación de CC para los devanados del estator y excitación de condensador para el devanado del rotor. Un motor de excitación compuesta de CA/CC utiliza la excitación de CA para los devanados del estator y del rotor.
¿Cómo funciona un motor de CC de excitación compuesta?
Un motor de CC de excitación compuesta utiliza una excitación de CC para los devanados del estator y una excitación de condensador para el devanado del rotor. Los devanados del estator están conectados en serie con un condensador. Esto forma un circuito LC resonante y los condensadores almacenan energía en forma de campo electrostático. El devanado del rotor es un devanado de una sola vuelta y está conectado a la fuente de excitación de CC. Los tres devanados se conectan como se muestra en la siguiente figura. Cuando se aplica corriente al motor, se establece una ruta de corriente a través de los devanados. El devanado del estator pasa a través del condensador y luego a la fuente de excitación de CC. La corriente que circula por el condensador lo carga hasta alcanzar una alta tensión, mientras que la fuente de excitación de CC suministra corriente al devanado del rotor. Cuando la tensión del condensador es lo suficientemente alta, se descarga a través del devanado del estator y la corriente en el devanado del rotor cae a cero. El devanado del rotor está ahora en cortocircuito y la corriente en él se ve obligada a fluir a través del condensador. Esto mantiene la trayectoria de la corriente a través del devanado del estator y el ciclo continúa.
Ventajas de los motores de CC de excitación compuesta
Los motores de CC de excitación compuesta tienen varias ventajas sobre otros tipos de motores. Son compactos y tienen un bajo nivel de ruido debido a la excitación del condensador en el devanado del rotor. Tienen un par elevado y pueden funcionar a altas velocidades, lo que los hace muy adecuados para muchas aplicaciones. Suelen ser más baratos que los motores eléctricos con excitación de condensador. Pueden utilizarse con tensiones más altas que otros tipos de motores.
Desventajas de los motores de CC de excitación compuesta
Los motores de CC de excitación compuesta tienen
algunas desventajas que deben tenerse en cuenta en determinadas aplicaciones.
En primer lugar, tienen una vida útil inferior a la de otros tipos de motores.
La razón es que el devanado del estator está sometido a altas tensiones y
requiere una atención especial en las fases de diseño y fabricación. La
corriente máxima que se puede extraer del devanado del estator varía en función
de la tensión aplicada al motor. Normalmente, cuanto menor sea la tensión
aplicada, mayor será la corriente máxima. La corriente extraída del devanado
del estator puede ser mucho mayor que la corriente extraída del devanado del
rotor.
¿Cuál es la intensidad de la corriente al arrancar el
motor?
El motor debe tener una corriente de
arranque inicial de entre el 10% y el 25% de su valor nominal continuo. La
corriente inicial de arranque depende del tipo de motor y de su clase de
servicio. Esto es complicado porque necesitas saber el nombre del fabricante
para buscar en su página web, pero la etiqueta sólo te dará una marca
(normalmente un distribuidor) y el número de pieza. Para ello, sólo necesitas
el número de modelo, no una descripción de marketing. Si tienes suerte, el
número de modelo está en una etiqueta en algún lugar cercano, o puedes
encontrarlo en otro lugar como la lista de materiales o el manual de
mantenimiento de esa pieza. Si no tiene tanta suerte, no habrá ninguna etiqueta
cerca de ella, o puede estar enterrada en un manual de servicio que aún no está
en línea. En ese caso, podemos ayudarle con una lista de los fabricantes y
tipos más utilizados. Estos son algunos buenos lugares donde buscar:
Calificación continua
La corriente continua es la que un motor
puede funcionar indefinidamente sin sobrecalentarse. La corriente continua no
es lo mismo que el servicio continuo, que es la corriente máxima que el motor
puede suministrar continuamente. La corriente continua depende de la
temperatura ambiente y de la longitud de los cables. Los cables son los que
conectan el motor a la carga. La corriente continua suele especificarse como un
porcentaje de la corriente nominal del motor. Si no hay una etiqueta disponible,
puede encontrar la corriente nominal en la hoja de datos del motor, o puede
estimarla utilizando la siguiente fórmula: En algunos casos, también puede
encontrar la corriente nominal en el catálogo del fabricante.
Determinación de la corriente inicial para motores de
inducción
La corriente inicial es la corriente en el
momento de la puesta en marcha cuando el motor está levantando una carga. Se
puede calcular la corriente inicial de un motor de inducción mediante la
siguiente fórmula: Para los motores síncronos, la corriente inicial es la
corriente en el momento de la puesta en marcha cuando el motor levanta una
carga.
Determinación de la corriente inicial para motores de
escobillas y servomotores
Para los motores de escobillas y
servomotores, la corriente inicial es la corriente en el momento de la puesta
en marcha cuando el motor está levantando una carga. Puede calcular la
corriente inicial de un motor de escobillas o servomotor.
El motor debe tener una corriente inicial
de arranque de entre el 10% y el 25% de su capacidad nominal continua. La
corriente inicial de arranque depende del tipo de motor y de su clase de
servicio. Esto es complicado porque necesitas saber el nombre del fabricante
para buscar en su página web, pero la etiqueta sólo te dará un nombre de marca
(normalmente un distribuidor) y el número de pieza. Para ello, sólo necesitas
el número de modelo, no una descripción comercial. Si tienes suerte, el número
de modelo está en una etiqueta en algún lugar cercano, o puedes encontrarlo en
algún otro lugar como la lista de materiales o el manual de servicio de esa pieza.
Si no tiene tanta suerte, no habrá una etiqueta cerca, o puede estar enterrado
en un manual de servicio que aún no está en línea. En ese caso, podemos
ayudarle con una lista de los fabricantes y tipos más utilizados. Estos son
algunos buenos lugares donde buscar: Al final, todo se reduce a una simple
fórmula: Si la corriente de arranque es inferior al 10% del valor nominal
continuo, el motor arrancará sin problemas. Si está entre el 10% y el 25%, el
motor arrancará pero puede haber un sobrecalentamiento. Si es superior al 25%,
el motor no arrancará.
¿Cuál es la intensidad de la corriente al arrancar el
motor?
El motor debe tener una corriente de
arranque inicial de entre el 10% y el 25% de su valor nominal continuo. La
corriente inicial de arranque depende del tipo de motor y de su clase de
servicio. Esto es complicado porque necesitas saber el nombre del fabricante
para buscar en su página web, pero la etiqueta sólo te dará una marca
(normalmente un distribuidor) y el número de pieza. Para ello, sólo necesitas
el número de modelo, no una descripción de marketing. Si tienes suerte, el
número de modelo está en una etiqueta en algún lugar cercano, o puedes
encontrarlo en otro lugar como la lista de materiales o el manual de
mantenimiento de esa pieza. Si no tiene tanta suerte, no habrá ninguna etiqueta
cerca de ella, o puede estar enterrada en un manual de servicio que aún no está
en línea. En ese caso, podemos ayudarle con una lista de los fabricantes y
tipos más utilizados
Calificación continua
En el campo de la ingeniería eléctrica, el
término calificación continua se refiere a la determinación de la potencia de
una máquina eléctrica a una temperatura superior a su temperatura normal de
trabajo. Suele utilizarse para poder dimensionar correctamente una máquina que
va a funcionar a una temperatura ambiente superior a la normal. El motivo es
que los criterios de selección de la potencia nominal continua de una máquina
se basan en la temperatura de funcionamiento normal prevista de la máquina. Si
la máquina va a funcionar a una temperatura más alta, suele ser aconsejable
seleccionar una máquina con una potencia continua superior.
Determinación de la corriente inicial para motores de
inducción
En un motor de inducción, el devanado del rotor
recibe energía del devanado del estator mientras el motor está arrancando. Una
vez que el motor alcanza la velocidad máxima, el devanado del estator se
desenergiza y sólo el devanado del rotor permanece energizado.
Determinación de la corriente inicial para motores
síncronos
Los motores síncronos son generalmente del
tipo jaula de ardilla. El rotor se cortocircuita durante el arranque y se
desconecta cuando el motor ha alcanzado la velocidad normal. La velocidad del
motor síncrono es constante independientemente de la carga.
Determinación de la corriente inicial para motores de
escobillas y servomotores
Motores de escobillas: Son del tipo de bobinado en serie. La corriente se suministra a través de anillos rozantes o escobillas. Servomotores: Son del tipo de polos sombreados. Suelen llevar incorporada una tensión de polos sombreados con un SCR incorporado.
Resumen
Ahora que ya conoce la corriente inicial,
la intensidad de la corriente y la calificación continua, aquí tiene una lista
de comprobación de lo que debe buscar cuando vaya a arrancar un motor: -
Asegúrese de que el motor está bien conectado a tierra. - Asegúrese de que el
motor es del tipo adecuado para la aplicación y que no supera la capacidad del
cableado o de los disyuntores. - Compruebe la corriente inicial en el arranque.
- Asegúrese de que el motor tiene la tensión, la corriente y el tipo de
conexión correctos. Es importante tomar estas medidas para asegurarse de que su
motor está protegido y dura el mayor tiempo posible, al tiempo que se asegura
de que nadie resulte herido.
Los motores de CC de excitación compuesta son una forma compacta y eficiente de accionar una carga. Son muy adecuados para aplicaciones en las que es importante un bajo nivel de ruido y también para tensiones más altas. La desventaja es que tienen una vida útil más corta que otros tipos de motores porque el devanado del estator está sometido a altas tensiones. Son los más adecuados para aplicaciones de bajo par en las que el ruido no es un gran problema. Se suelen utilizar en acondicionadores de aire y ventiladores, donde los niveles de ruido no son tan críticos.
Una derivación de motor de excitación es un
tipo de derivación auxiliar en un motor síncrono. No es una parte esencial del
motor y puede retirarse sin detener el funcionamiento normal del dispositivo.
Una derivación de motor de excitación funciona desviando la corriente de un
conjunto de bobinas para que fluya a través de otro conjunto. De este modo, una
gran corriente fluye a través del segundo conjunto de bobinas y produce un par
mayor del que normalmente sería posible. Este tipo de derivación funciona con
reguladores centrífugos que controlan la tensión suministrada al rotor
desplazando la resistencia en proporción a la velocidad del eje, lo que crea el
efecto inverso en la tensión de salida, aumentando o disminuyendo según sea
necesario. Un motor de excitación en derivación requiere esta configuración
porque tiene dos conjuntos de devanados en lugar de uno solo -de ahí lo de
"en derivación"- pero también necesita que ambos trabajen juntos como
parte de un único sistema.
