PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULA REGULAR R
Trans ransfo form rma adore do ress y Máq u i n as DC 3er Ciclo Cicl o Separata de prob pr oblemas lemas
Generado Generadores res DC Motor es DC Motore
2018 – I
1.- ¿ Qu é condiciones son necesarias para que un Campo Magnético produzca una fuerza sobre un conductor? 2.- ¿ Qué condiciones son necesarias para que un Campo Magnético produzca un voltaje en un conductor? 3.- El eje de un motor está girando a una velocidad de 3000 r.p.m. ¿Cuál es la velocidad del eje, en radianes por segundo? 4.- ¿ Qué es la Conmutación ? ¿Cómo puede convertir un colector voltajes de C. A. en voltajes de C. C. en el inducido de una máquina? 5.- Explique el concepto de grados eléctricos. ¿En qué forma se relaciona el ángulo eléctrico del voltaje de un conductor del rotor, con el ángulo mecánico del eje de la máquina? 6.- ¿Cómo se diferencia el embobinado imbricado del ondulado? 7.- ¿Qué es paso de colector? 8.- ¿Qué son los devanados de compensación? ¿Cuál es su mayor desventaja? 9.- ¿ Qué es la Reacción de Armadura o Inducido? ¿Cóm o afecta el funcionamiento de una máquina de C. C.? 10.- Explique el problema del voltaje L di/dt en los conductores sujetos a conmutación. 11.- ¿ Qué son los polos de conmutación? ¿Cómo se usan? ¿Qué función cumplen en un generador de c.c.? ; ¿En un motor? 12.- ¿P o r qué se usan los polos laminados, en la construcción de máquinas de C. C. modernas? 13.- ¿Qué tipos de pérdidas están presentes en una máquina de C. C.?
14.- ¿C ómo se forma el voltaje en un generador de C.C. shunt, durante el proceso de partida? (Autoexcitación). ¿ Cúal puede ser la causa para que no se autoexcite la máquina ?. ¿Cómo se puede solucionar este p roblema? 15.- ¿ C ó m o afecta la Reacción de Armadura a la tensión de salida de un generador de C.C.? 16.- ¿ Cómo se define la resistencia crítica, en un generador shunt? ¿Qu é es velocidad crítica? 17.- ¿Q u é condiciones deben cumplirse, para la puesta en paralelo de generadores de C.C.? 18.- ¿Q u é efecto tiene la Reacción de Armadura (R.A.) sobre la característica torquevelocidad de un motor de C.C en conexión Shunt? 19.- ¿Q u é ocurre en un motor de C .C., en derivación, si su circuito de campo se abre mientras está en marcha? 20.- ¿ Por qué se usa una resistencia de arranque en los circuitos de motores de C.C. ?. 21.- ¿Cómo puede invertirse la dirección de rotación de: a) un motor de C.C con excitación independiente b) un motor de C.C en conexión derivación c) un motor de C.C. en conexión serie. 22.- Evaluar la frecuencia en ciclos por segundo (cps), en los bobinados de la armadura o inducido de los siguientes generadores: a) p = 4 , n = 150 rpm ; b) p = 6, n = 1200 rpm ; c) p = 8 , n = 1500 rpm b) p = 12 , n = 250 rpm ; e) p = 2 , n = 3000 rpm. Donde: p = Nº de polos ; n = revoluciones por minuto. 23.- Un generador con excitación separada, genera 135 volts, cuando gira a 1750 rpm y su campo de excitación está alimentado con una corriente de 0.85 amperes. Calcular la f.e.m. generada, si se mantiene la excitación y la velocidad varía a: a) 2000 rpm; b) 1500 rpm. ; c) 1200 r.p.m. 24.- La tabla siguiente, muestra la curva de magnetización de una máquina de C.C. a 100 rad/seg. :
If (A)
0
Vt (V) 15
0.25
0.50
0.75
57
95
135
1.0 167
1.25 195
1.50 218
1.75
2.0
2.25
2.5
237
248
254
256
La máquina de C.C. está trabajando como generador shunt y gira a 100 rad/seg. Determinar la (Rf) t para obtener una tensión generada de 225 volts en la Armadura. b) Si la resistencia se mantiene constante, a este valor, y la velocidad angular se varía, ¿ Cuál será la fuerza electromotriz (f.e.m.) generada a 80 rad/seg y a 120 rad/seg? a)
25.- En el problema anterior, si la corriente de campo se ajusta para obtener un valor de 1.0 (A), ¿Cu á l deberá ser la velocidad angular para que la f.e.m. generada sea 250 (V)?. Despreciar la caída de tensión en la resistencia de la armadura. 26.- Un generador derivación de 5 KW tiene la misma curva de magnetización de la máquina del problema Nº 24. Está girando a 100 rad/seg y su resistencia de campo se ajusta de modo tal, que la tensión terminal en vacío sea de 250 (V). La resistencia de armadura (Ra) es de 0.5 ohms incluida la resistencia de las escobillas. El generador se carga de modo que la corriente de Armadura es de 20 (A). a) Determinar el voltaje terminal del generador. b) Determinar la corriente de campo (If), si la potencia que está entregando la máquina es la nominal. Despreciar la reacción de armadura (R.A.) 27.- Un generador derivación de 20 Kw, 220 volts, tiene un inducido con una resistencia de 0,07 ohms que incluye la resistencia de las escobillas y, el campo tiene una Rf de 200 ohms. Calcular la potencia que se desarrollará en la armadura, cuando la máquina suministre la potencia nominal de salida a tensión nominal. 28.- Dos generadores shunt tienen las siguientes características: Generador 1 2
Resistencia (ohms)
Armadura F .E.M. Generada ( volts ) 0.1 0.08
307 300
Se conectan en paralelo para alimentar una carga común de 200 (A). Calcular la corriente entregada por cada generador y la tensión en terminales. Desprecie la corriente de campo para los cálculos. 29.- Un generador compound, corto Shunt, tiene una tensión nominal de 230 volts y la corriente de línea es de 150 amperes. La corriente de campo If es de 2,5 (A). La resistencia de armadura (Ra), incluida la de las escobillas, es de 0,032 ohms; la resistencia del campo serie (Rs) es de 0,015 ohms y se agrega una resistencia de debilitamiento al campo serie con el fin de obtener una característica plana (flat compound), de 0.03 ohms. Calcular: a) Fuerza electromotriz inducida (f.e.m.i.) b) Potencia total generada en la armadura c) Distribución de potencia d) Represente esquemáticamente la máquina con la resistencia de debilitamiento incluida.
30.- Un generador compuesto diferencial, con interpolos, que puede ser impulsado en una sola dirección tiene un crecimiento de su tensión con polaridad cambiada. Explique cuáles serían los pasos a seguir para corregir la polaridad del voltaje. ¿ Será necesario cambiar la polaridad del devanado del campo principal, del campo serie, de los interpolos ?. Fundamente su respuesta. Después de haber realizado todos los cambios necesarios, el generador sigue siendo diferencial ?. 31.- Un generador de C.C. es compound plano cuando se impulsa a su velocidad nominal. Suponga que este generador se impulsa a una velocidad reducida constante, con la corriente de excitación If ajustada a un valor tal que el voltaje en terminales, en vacío, es igual al valor de su tensión nominal. En estas condiciones el generador es compound acumulativo o diferencial? Fundamente su respuesta. 32.- Un generador compound acumulativo con interpolos y escobillas en la línea neutra, debe utilizarse como motor. Si no se hace ningún cambio en sus conexiones internas, el motor será de excitación compuesta acumulativo o diferencial? La polaridad de los interpolos, ¿Se r á correcta? ¿E l sentido de rotación será el mismo o el opuesto al que tenía cuando funcionaba como generador? Justifique su respuesta. 33.- L o s datos de placa de un motor S h u n t , son: 10 H.P.; 120 (v), 71.8 (A), 1180 r.p.m. Bajo condiciones normales de funcionamiento la resistencia de campo es de 66.67 ohms y la resistencia del circuito de armadura es de 0.1 ohms. Calcular: a) Rendimiento del motor en condiciones nominales b) Corriente de armadura de plena carga, si se d esprecian las pérdidas rotacionales. 34.- Un motor shunt de 10 H.P., 250 (v), tiene una Ra de 0.5 ohms y una Rf de 180 ohms. En vacío y girando a 1200 r.p.m. con tensión nominal, la corriente de armadura es de 3 (A). A plena carga y con tensión nominal, la corriente de línea es de 40 (A) y debido a la reacción de armadura (R. A.) el flujo es un 4% menor que en vacío. Se pide determinar: a) Velocidad del motor a plena carga b) Torque de origen eléctrico en condiciones de plena carga c) Torque de origen eléctrico en vacío d) torque de carga, en el eje, en H.P. (torque útil) e) rendimiento de la máquina. 35.- Se tiene un motor Shunt de 25 H.P., 230 (v). En vacío, cuando la velocidad es de 1175 r.p.m., la corriente que absorbe la armadura es de 4.6 (A). Sus parámetros son: Ra = 0.15 ohms, incluido contacto de escobillas y Rf = 110 ohms. Determinar: a) Las pérdidas rotacionales en vacío b) La corriente de armadura, el rendimiento y la velocidad cuando el motor está entregando su potencia nominal a una carga mecánica. Considere que las pérdidas rotacionales se mantienen constantes. 36.- La placa característica de un motor indica una potencia de 5 H.P., 1500 r.p.m., 4 polos, 125 (v). La máquina se hace trabajar como motor shunt con una carga constante acoplada al
eje (potencia constante). Cuando trabaja con su tensión nominal, la corriente de armadura toma un valor de 30 (A) a su velocidad nominal y la corriente que se mide en el campo es de 1,5 (A), con todo el reóstato de campo conectado. Cuando se elimina el reóstato la corriente de campo sube a 3 (A) y la velocidad disminuye a 1200 r.p.m. Asuma una relación lineal entre el flujo y la corriente de campo; considere, además, que las pérdidas por roce y ventilación son despreciables. Bajo estas condiciones, determinar: a) La corriente de armadura después de eliminar el reóstato de campo. b) El torque electromagnético. 37.- U n motor serie de 25 H.P., 250 (v), 1200 r.p.m., 83 (A), Ra = 0.1 ohms, Rs = 0.1 ohms, sin considerar saturación, calcular: a) En c o n d i c i o n e s n o m i n a l e s d e o p e r a c i ó n : r e n d i m i e n t o , p é r d i d a s J o u l e , p é r d i d a s rotacionales b) Calcular una Rp, (Resistencia de partida), para limitar la corriente en la partida a 1,5 veces la corriente nominal. c) Torque de partida con la resistencia insertada, determinada en (b). d) Velocidad final alcanzada, con torque nominal, si se mantiene conectada la Rp. 38.- Una máquina de C.C., de 25 Kw, 250 (v), con una resistencia de armadura de 0,1 ohms tiene la siguiente curva de magnetización, obtenida a 1200 r.p.m.: If (A) Ea (v)
0.3 50
0.7 100
1.0 143
1.5 200
2.0 240
2.5 260
La máquina se hace funcionar como motor con excitación separada. a) Para una corriente de campo de 2,0 (A), grafique una familia de curvas de velocidad en r.p.m. v/s torque, en N-m, para una tensión aplicada a la armadura de: 250; 200; 150; y 100 volts. b) Para una tensión constante de 200 volts aplicados a la armadura, graficar una familia de curvas de velocidad v/s Torque para corrientes de campo de : 2 .5; 2 . 0 ; 1. 5 ; y 1 . 0 amperes. 39.- Dos máquinas de C.C., idénticas, de 7.5 H.P., 150 (v), 30 (A), tienen los siguientes parámetros: Ra = 0.095 ohms, incluido contacto de escobillas; Rf = 107 ohms. Ambas máquinas están diseñadas de forma que la densidad de flujo en su hierro sea lo suficientemente baja como para que exista una relación lineal entre flujo y la corriente de excitación, dentro de su campo normal de trabajo. Considere, además, que la reacción de armadura es despreciable. Estas máquinas se van a usar como motor y generador, respectivamente, en un grupo WardLeonard, trabajando como excitación separada. El generador está movido por un motor de inducción trifásico, de velocidad constante, a 1450 r.p.m. Se realizó un ensayo, en vacío, a una de las máquinas de C.C. obteniéndose una tensión en terminales de la armadura de 165 volts con 1.2 amperes de corriente de campo, a 1450 r.p.m.
Determine que tensión se debe aplicar al campo del generador, a su velocidad nominal, para que el motor aumente su velocidad a 1600 r.p.m. cuando trabaja a corriente nominal de armadura y la tensión del campo es de 150 volts. 40.- Una Amplidina completamente compensada, operando a velocidad constante tiene los siguientes parámetros: Rf = 75 ohms; Lf = 7.5 Henry; Rd = 1.0 ohms; Ld = 0.3 Henry; Rc = 2.0 ohms ; Lc = 0.3 Henry. La máquina tiene una tensión de salida de 250 volts, cuando la corriente de campo es de 0.1 amperes. a) Deducir la función de transferencia, en vacío, entre la tensión terminal y de campo. b) Si la carga de la máquina es una resistencia de 10 ohms, encontrar la corriente de carga cuando la tensión del campo es de 4 volts. c) Si se incrementa súbitamente la tensión de campo de 4 a 5 volts, encontrar la corriente de carga como una función del tiempo. 41.- Para limitar la corriente de partida a valores que permitan una conmutación correcta, todos los motores de C .C., a excepción de los muy pequeños, se hacen partir intercalando resistencias en serie con la armadura, que luego se eliminan, en forma manual o automática, , cuando el motor ha adquirido velocidad suficiente. Considere que un motor de C.C. deba partir con su corriente de excitación normal, despreciando la Reacción de Armadura y la inductancia de la armadura. Se pretende que durante el período de puesta en marcha la corriente en la armadura , y por lo tanto, el torque electromagnético, no supere el doble de su valor nominal, para ello se coloca un reóstato, con valores variables de resistencia, en serie con la armadura. Los valores de las resistencias del reóstato se van eliminando cada vez que la corriente en el inducido disminuye hasta su valor nominal. a) ¿ Cuál es el valor mínimo, en valor relativo, de la resistencia de armadura que permite el arranque en tres escalonamientos cumpliéndose las condiciones expuestas ?. b) ¿ Por encima de qué valor relativo, de la resistencia del inducido, serán suficientes dos escalonamientos en la partida ?. c) Con la resistencia de la armadura calculada en (a), ¿ Cuál deberá ser el valor relativo de las resistencias R1, R2 y R3 del reóstato de partida ?. Resp. . a) ( Ra )mín = 0,0625 ( pu ) b) Ra ≥ 0,125 ( pu ) c) R 1 = 0,25 (pu) ; R 2 = 0,125 (pu) ; R 3 = 0,0625 (pu) 42.- En un motor cuyo inducido o armadura tiene la resistencia calculada en el punto (a) del problema anterior, los contactores se accionan mediante relés de tensión conectados en paralelo con la armadura ( método de la c.f.e.m. ). ¿ A qué fracción de la tensión de línea deberán actuar los contactores ?. 43.- Determinar los valores numéricos de la resistencia de armadura, R1, R2, R3 y torque electromagnético para un motor shunt de 10 H.P. , 230 volts, 500 r.p.m., siendo la corriente en la armadura a plena carga de 37 (A), y cumpliéndose las condiciones del punto (a) del problema 41. Observación. Tomar como valor base de la tensión el valor nominal de la tensión de la línea ; como intensidad base la correspondiente a la de plena carga en la armadura , y como resistencia base la relación entre la tensión e intensidad base.-
44.- La placa característica de una máquina de c.c. indica los siguientes valores : 2 KW ; 125 volts ; 16 (A) de corriente de línea ; 0,85 (A) corriente de campo ; 1750 r.p.m. Los demás parámetros son : Ra = 0,55 ohms, incluido contacto de escobillas ; Rint = 0,15 ohms ; Rs = 0,45 ohms. La máquina se hace trabajar como generador compuesto corto shunt. Para condiciones nominales de trabajo, determinar : a) La f.e.m. inducida en la armadura b) La potencia electromagnética de la máquina c) El rendimiento d) El torque electromagnético Las pérdidas por roce y ventilación, incluidas las adicionales, representan un 7 % de la potencia de salida de la máquina.
