Relación de par con la velocidad en un motor de CC

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Tengo una duda conceptual sobre la relación par-velocidad en un motor DC. Probablemente sea un vacío en mi pensamiento, pero de todos modos estoy publicando esta pregunta.

Se dice que el par y la velocidad en un motor de CC son inversamente proporcionales. Pero, ¿un aumento en el par no aumenta la aceleración angular y, en consecuencia, la velocidad angular?

Sé que volver EMF / counter-EMF es responsable de la relación inversa, pero me parece contrario a la intuición. ¿Qué sucede con la aceleración angular, la velocidad angular cuando aumenta el par y hacia dónde va todo ese trabajo?

Vineet Kaushik
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Respuestas:

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Conceptualmente, tienes que pensar en esto de manera ligeramente diferente. La forma en que creo que estás pensando en esto es como el torque en un vehículo. Un automóvil con más torque acelerará más rápidamente y está asociado con un aumento en la velocidad. En otras palabras, presionas el pedal del acelerador para aumentar la velocidad y necesitas torque para hacerlo.

Sin embargo, cuando habla de la relación entre la velocidad y el par de un motor de CC, debe pensarlo de manera diferente. Para un motor dado con un voltaje de entrada constante, la velocidad del motor estará determinada por la carga en el eje del motor. Para una carga dada, la única forma de aumentar la velocidad es aumentar el voltaje. Y este aumento de velocidad requerirá algo más de par para acelerar, pero después de que alcance su nueva velocidad, el par retrocederá a su par original (a menos, por supuesto, que la carga dependa de la velocidad, como en un ventilador).

Entonces, quizás una mejor manera de pensarlo es en lugar de decir "El par y la velocidad en un motor de CC son inversamente proporcionales", usted dice " Para un voltaje , el par y la velocidad dados en un motor de CC son inversamente proporcional." Una curva de velocidad-par que ve en las hojas de datos solo es válida para la tensión nominal y el motor funcionará en esa curva. Entonces, si el par aumenta, la velocidad seguirá esa curva y bajará.

Eric
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Solo un ejemplo rápido. Piense en un motor de corriente continua que conduce un transportador de correa en un voltaje constante. ¿Qué puede transportar más rápido, 1 kg de carga o 100 kg de carga? Por supuesto, 1 kg, ya que requiere menos torque, es fácil para el motor y puede funcionar con rpm más altas. Cuando transporta una carga de 100 kg, necesita más torque, es más difícil para el motor y funciona con menos rpm. Por lo tanto, el par no aumenta con el voltaje de entrada, pero aumenta porque la carga requiere ese par mínimo, por lo que el motor de CC sacrifica la velocidad para obtener ese par.
Farrukh
Exacto. Además, uno puede pensar en el motor de CC como un motor con regulador de carga incorporado, ese es el significado de la fem inversa, cambia con la velocidad para que la corriente consumida satisfaga la necesidad del par de carga, d los cambios dinámicos en la velocidad se estabilizan en un punto estable curva de velocidad de par, de modo que el par del motor es igual al par de carga y luego el motor funciona a la velocidad correspondiente. El punto de velocidad de operación en este par (para el voltaje dado y otros parámetros) es fijo y puede cambiarse modificando adecuadamente las características del par de velocidad. Por lo tanto, no está poniendo un par adicional, sino que está impulsando una carga adicional, por lo tanto, menos velocidad
Profundo
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esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esta es una aproximación de estado estable de un motor de corriente continua que funciona bastante bien con algunos tipos de motores de corriente continua (ver comentario de supercat). Desde el estado estacionario, la inductancia de la armaduraLunaEstá descuidado. Tenemos lo siguiente:

V=voltaje de entrada de CCRuna=resistencia de armaduramisi=back-emfω=frecuencia de rotación angular del eje =2πvelocidad60 60youna=corriente de armaduraKmi=constante de back-emfKT=par constanteT=par del eje
y se aplican las siguientes ecuaciones:
misi=Kmiω...(1)T=KTyouna...(2)misi=V-younaRuna...(3)(obtenido del circuito equivalente mostrado)de las 3 ecuaciones anteriores,T=KTVRuna-KmiKT ωRuna
La ecuación que relaciona el par y la velocidad (o frecuencia) se muestra a continuación, mostrando claramente que el par es inversamente proporcional a la velocidad: ingrese la descripción de la imagen aquí
K. Rmth
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Las otras respuestas satisfacen ampliamente su duda conceptual. Mi respuesta se centra solo en la relación par-velocidad.
K. Rmth
No creo que sea una buena aproximación para motores bobinados en serie solo si la corriente es fija, o para motores bobinados solo si el voltaje es fijo. De lo contrario, el par "constante" del motor dependerá de la corriente del inducido, que a su vez dependerá de la caída de voltaje del rotor, que a su vez dependerá del par [no] constante. Tenga en cuenta que un motor de bobinado en serie accionado con un voltaje constante funcionaría infinitamente rápido en ausencia de fricción mecánica o carga (¡a pesar de la presencia de resistencia eléctrica!)
supercat
@supercat, sí, mi mal ya que tenía la costumbre de trabajar con este tipo de circuito equivalente y para los motores que mencionó, suponiendo que el motor esté funcionando en un rango donde las variaciones son insignificantes. Edité mi respuesta después de tu comentario.
K. Rmth
¿Qué sucede si alimenta el motor desde una fuente de corriente constante en lugar de la fuente de voltaje habitual?
richard1941
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Para una potencia constante entregada a la carga mecánica, el par y la velocidad multiplicados juntos es una constante. Esa es la definición básica de poder, es decir

Poder =2πnorteT donde n es revoluciones por segundo y T es torque.

Un aumento en el par (y por aumento del par me refiero a la fuerza angular producida cuando aumenta la carga mecánica) produce naturalmente una desaceleración de la armadura si la potencia es constante.

Sin embargo, "motor de corriente continua" podría significar cualquier cosa y algunos motores tendrán bobinados de campo que exhiben efectos de tipo "potencia constante", mientras que otros (con bobinados de campo diferentes) funcionarán como reguladores de velocidad constante y, por lo tanto, para un aumento del par (debido a la carga), la velocidad se mantiene casi constante.

Otro tipo de motores de CC pueden tener controladores electrónicos que hacen lo mismo; detectan la corriente y, a medida que aumenta, aumentan el voltaje de CC a la armadura y esto puede alcanzar una velocidad casi constante.

Creo que está confundiendo el par real con la capacidad (o potencial) de entregar el par real. Sin una carga mecánica, el par no tiene sentido, excepto por las pérdidas mecánicas en el motor.

Andy alias
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La regla general con máquinas DC cepilladas es

Corriente ~ = Par

Voltaje ~ = Velocidad (angular)

(para ser justos, casi todas las máquinas siguen esto también, pero se vuelve cada vez menos proporcional y más "relacionado de alguna manera", por ejemplo, frecuencia)

Tienes dos constantes (tipo de constantes) cuando se trata de máquinas eléctricas

Kt & Ke

Ke es la constante de voltaje de terminal abierta con unidades: voltios / w. Esto produce un BackEMF

Kt es la constante de par con unidades: Nm / A

en teoría Ke == Kt, pero Kt se ve afectado por las características del hierro (de ahí que existan dos).

La razón por la que se dice que el par y la velocidad son inversamente proporcionales es la capacidad de generar par que disminuye con el aumento de la velocidad.

La razón de esto es porque el BackEMF se opone al suministro que intenta forzar la corriente hacia el estator, lo que generará EM-Torque.

Tiene razón en que para una determinada aplicación de Torque se generará una cierta cantidad de aceleración en función de la inercia del rotor y la inercia de la carga, PERO este par también se reducirá a mayor velocidad (viento, cojinetes, etc.). Por lo tanto, entre una capacidad decreciente para forzar la corriente en una máquina a mayor velocidad, así como mayores pérdidas a mayor velocidad, la tasa de aceleración disminuirá hasta que finalmente se alcance la velocidad de carga (o alguna velocidad cargada en comparación con el par de carga y el par generado )

JonRB
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Estoy de acuerdo en que el aumento en el par definitivamente aumentará la aceleración angular, pero eso no significa que la velocidad siempre aumentará al aumentar el par o la aceleración. Para aumentar la velocidad, el par debe ser positivo (en la dirección de la velocidad angular), no necesariamente necesario. supongamos que la velocidad angular = + 50 rad / seg Eg1: torque1 = +5 Nm, torque2 = +10 velocidad aumentando ambos casos. Eg2: torque1 = + 5 Nm, torque2 = +3 la velocidad sigue aumentando incluso después de disminuir el torque, pero definitivamente con una velocidad menor.

Eg3: torque1 = -5 Nm, torque2 = -10 velocidad disminuyendo ambos casos. Eg4: torque1 = -5 Nm, torque2 = -3 la velocidad sigue disminuyendo incluso después de aumentar el torque, pero definitivamente con una velocidad menor.

En todos los ejemplos, la velocidad angular se supone que es positiva.

Así que creo que tienes dudas en la dinámica básica, no en la máquina.

usuario155331
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Cualquier respuesta que parezca negar la aceleración es proporcional al par o que la potencia no es proporcional a la velocidad es simplemente una tontería. Aquí hay respuestas que parecen negar eso pero que están vestidas con un lenguaje sofisticado (= falsa sabiduría). Así que seamos claros. Si aumenta el par aumenta la velocidad A MENOS QUE aumente la carga. Lo importante a recordar es que con los motores eléctricos hay un EMF inverso (un motor también es un generador) que aumenta con la velocidad y que limita el voltaje efectivo y, por lo tanto, la corriente y, por lo tanto, el par. ¿Pero más torque? Más velocidad. Ref Isaac Newton.

Paul B
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Más par motor -> Más velocidad. Pero más par de carga y potencia constante -> Menos velocidad. Pero bueno, este es un motor de CC, ¡siempre "regula" el par del eje para que sea igual al par de carga! A diferencia de los motores dieael en los que puede "poner" más potencia (controlando el rociado de diesel) para obtener más potencia, estas máquinas de CC funcionan en principio que tienen una especie de mecanismo de control de carga automática, por lo tanto, no puede poner potencia adicional, bueno no sin arreglos adicionales para cambiar la potencia requerida ...
Profundo
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La forma en que creo es que, en el funcionamiento en estado estable, el par de carga debe ser igual al par del motor, ahora si la carga aumenta para el motor de CC (derivación), la corriente aumentará. Ahora de otra manera puede decir si la corriente consumida aumenta el par motor aumenta. Ahora, a medida que aumenta la carga, la velocidad del motor disminuirá y se estabilizará a una velocidad inferior al valor anterior, y por lo tanto, puede decir que a medida que aumenta la carga, la corriente aumenta, pero la velocidad disminuye. Entonces puede concluir, a medida que la carga (par de carga) aumenta → el par del motor aumenta pero al mismo tiempo la velocidad disminuye a medida que el par de carga se vuelve más que el par del motor.

G93
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