Practica N°3

Practica N°3
Conversión Electromecánica de la Energía
1.- Una máquina DC de cuatro polos, tiene un radio de armadura de 12.5 cm y un largo de
25cm, Los polos cubren el 75% de la periferia de la armadura. La armadura tiene 33
bobinas, cada una con 7 vueltas. Las bobinas están acomodadas en 33 slot. La densidad de
flujo promedio bajo cada polo es 0.75T.
a) Determinar la constante de armadura Ka
b) Determinar el voltaje de armadura inducido cuando la armadura gira a
1000rpm
c) Determine la corriente en la bobina y el torque electromagnético
desarrollado cuando la corriente de armadura es 400 A.
d) Determine la potencia desarrollada por la armadura.
Respuestas: a) 73,53; b) 212,57 V; c) 100A; d) 85kW.
2.- Un generador cd de 6 [kW] 120 [V] 1200 [rpm], tiene la siguiente curva de
magnetización a 1200 [rpm].
Curva de magnetización a 1200 rpm
Los parámetros de la máquina son Ra=0.2 [Ω], Rfw=100 [Ω], la maquina es movida a 1200
rpm y excitada separadamente. La corriente de campo se ajusta a If=0.8 A. La resistencia
de carga RL=2 [Ω] se conecta a la terminales de armadura. El efecto de reacción de
armadura se puede depreciar asi como también las pérdidas rotacionales.
a) Determinar el voltaje inducido en la máquina.
b) Determine la cantidad Kaφ de esta máquina.
c) Ia.
c) Determine el par electromagnético y la potencia de salida.
Res (a) Ea=114 [V] (b) 0.907; Ia=51.82 [A] (c) T=47 [N-m] PL=5370.6 [W]
3.-Repita el problema anterior para una velocidad de 800 rpm.
Res (a) Ea=76 [V] (b) 0.907 Ia=34.55 [A] (c) T=31.33 [N-m] PL=2387.6 [W]
4.-Un generador shunt de 20 [KW] 200 [V] 1800 [rpm] tiene una Ra=0.1[Ω] y una
Rfw=150 [Ω] . Asuma que Ea=Vt en vacio. La figura muestra la curva de magnetización a
1800 rpm;
Si la máquina esta auto-excitada encuentre lo siguiente:
a).-El voltaje máximo generado.
b).-Para condiciones de plena carga (Vt=Vnom, Ia=Inom, If=1.25 [A]. Determine lo
siguiente:
(i).-El valor de la resistencia de control Rfc.
(ii).-Determine la potencia electromagnética (potencia interna) y el par electromagnético
para corriente nominal de armadura y voltaje nominal en terminales.
Respuestas: a) 220[V]; b.i) Rcf=10[Ω], b.ii) Pelec=21000[W] T=111.41[N-m]
5.- Una máquina dc de 12Kw, 100V, 1000RPM, tiene una resistencia de armadura de
Ra=0.1 Ω, RFW=80 Ω, esta máquina es conectada a una fuente 100V dc y está operando
como a motor dc conexión shunt. Para condición de vacio el motor gira a 1000RPM y la
armadura toma una corriente de 6A. La figura muestra la curva de magnetización para
1000RPM.
a) Encontrar el valor de la resistencia de control Rfc.
b) Encontrar las perdidas rotacionales a 1000RPM.
c) Encontrar la velocidad, torque electromagnético
corriente de carga fluye en la armadura:
y eficiencia del motor cuando la
i) Considerar que el flujo remanente en el entrehierro es el mismo que en condición de
vacío.
ii) Considerar que el flujo de entrehierro es reducido en un 5% cuando la corriente de carga
fluye en la armadura producto de la reacción de armadura.
Respuestas: a) Rfc=21 Ω, b) Prot = 596.4W; c.i) wm=92,7 rad/s, T=113,9[N-m]; E=82,35%; c.ii)
wm=97,58[rad/s], T=108,2[N-m], E=82,35%.
6.- Un motor de corriente continua 100HP, 250V, 1200RPM conexión Shunt (o derivación)
tiene una resistencia de armadura de 0.03
y una resistencia de campo de 41.67Ω. El
motor tiene devanados compensadores de tal manera que la reacción de armadura puede ser
despreciada. Las pérdidas mecánicas y del núcleo también pueden ser asumidas nulas para
los propósitos de este problema. El motor esta accionando una carga tomando una corriente
de 126A a una velocidad inicial de 1103RPM. Si se considera que esta corriente se
mantiene constante y que la curva de magnetización es la indicada en la figura. ¿Cuál será
la velocidad final del motor si la resistencia del bobinado de campo se aumenta a 50 Ω?
Si ahora este motor se opera en conexión independiente y trabaja inicialmente a un voltaje
y corriente de armadura de 250V y 120A respectivamente y a una velocidad de 1103RPM
accionando una carga de torque constante. ¿Cuál será la velocidad final si el voltaje de
armadura se reduce a 200V?
Curva de magnetización.
7.- Una máquina de corriente continua de 12KW, 100V, 1000RPM, tiene una resistencia de
armadura de Ra=0.1 Ω, resistencia de bobinado de campo RFW=80 Ω, y 1200 vueltas por
polo.
La corriente de campo nominal es de 1A. La característica de magnetización a 1000RPM es
mostrada en la figura 1.Cuando la máquina es operada como generador con excitación
independiente a 1000RPM y corriente de campo nominal, determinar:
a) Despreciando el efecto de reacción de armadura, calcular el voltaje en bornes para la
condición de plena carga.
b) Si se considera que la reacción de armadura es equivalente a 0.06A de la corriente
de campo:
i) Calcular el voltaje de plena carga
ii) Determinar la corriente de campo requerida para que el voltaje en
bornes de plena carga sea de 100V.
Curva de magnetización a 1000RPM.
8.- Si la máquina del problema 7 es rediseñada de manera de proveerla de un campo serie
tal que pueda operar en conexión compuesta (compound). Se desea que el voltaje de plena
carga sea igual al voltaje de vacio (operando como generador) a través de una conexión
compuesta acumulada, calcular el número de vueltas del bobinado serie para satisfacer la
condición de nula regulación de voltaje. (Asumir una resistencia de bobinado serie de
0.01Ω.
i) Determinar la resistencia de campo shunt.
ii) Determinar el número de vueltas del bobinado serie para satisfacer la condición de nula
regulación de voltaje. (Asumir una resistencia de bobinado serie (asumir una resistencia de
bobinado serie de 0.01 Ω).
9.- Si ahora el motor del problema 7 se conecta como motor shunt operando desde una
fuente de 100V. En vacio el motor gira a 1000RPM y toma una corriente de 6A.
a) Calcular el valor de la resistencia del campo shunt.
b) Calcular la potencia de pérdida cuando el motor gira a 1000RPM
c) Encontrar el torque de partida si la corriente se limita al 150% de la corriente nominal, si:
i) Se desprecia la reacción de armadura.
ii) La reacción de armadura es equivalente a una corriente de campo de 0.16A.
10.- Un motor de corriente continua excitación independiente tiene valores nominales
PNOM=877Kw a la velocidad nominal de 2000RPM. Los voltajes nominales de armadura y
campo es de 1500V, la corriente de armadura nominal es de 600A y la resistencia del
bobinado de campo es Rf=190Ω.
a) Para la condición de rotor bloqueado y voltaje de campo igual a cero, se aplica una
tensión de armadura de 12V, circulando una corriente de armadura de 400A. Calcular la
resistencia de armadura.
b) Calcular las pérdidas en el bobinado de armadura (P AR) y bobinado de campo (PF) para
la condición de nominal. A partir de lo anterior, calcular las pérdidas rotacionales (Prot) para
esta condición y el torque de pérdida asociado a éstas últimas.
c) Para la condición de régimen nominal, calcular la tensión inducida Ea y la constante Kaφ.
d) Asumiendo voltaje de campo nominal. Calcular el voltaje de alimentación requerido y la
corriente de armadura resultante para desarrollar un torque de 3700N-m a una velocidad de
1500RPM. Despreciar el torque debido a las pérdidas rotacionales.
e) Asumiendo voltaje de armadura nominal y el voltaje del circuito de campo se reduce a
1200V.Para un torque de carga de 3700N-m, calcular la velocidad de operación del motor.
Despreciar la saturación y el torque debido a las pérdidas rotacionales.