Tenemos motores de CC que impulsan las ruedas de un automóvil. Debido a la fricción interna, los motores no girarán hasta que reciban más del 50 % de potencia.
Sin embargo, hacen algunos ruidos agradables dentro de este rango de 0-50% que nos gustaría aprovechar para lograr un efecto.
¿Hacer funcionar estos motores por debajo de la corriente de bloqueo (produciendo así sonidos) dañaría los motores?
Mi respuesta supone que está utilizando un motor de CC de imán permanente (es decir, los imanes permanentes forman el estator, la armadura está enrollada con alambre de cobre en una disposición multipolar y la corriente pasa a las bobinas de la armadura a través de cepillos). Mi respuesta sería similar para un motor de CC sin escobillas.
Como han indicado otros, el peligro de hacer funcionar el motor a alta corriente es la producción de calor por la resistencia de las bobinas del inducido. Ese es el viejo calor I-squared-R, medido en Watts. Esta producción de calor provoca un aumento de la temperatura de las bobinas del inducido y de la estructura de hierro del inducido. Parte del calor se transfiere al estator y a la carcasa del motor, pero la transferencia eficiente se ve obstaculizada por el espacio de aire inherente que separa la superficie exterior del inducido de la superficie interior del estator. Esta característica del motor funciona para confinar el calor I2R en la armadura y hacer que su temperatura aumente dramáticamente más rápido que la del estator o la carcasa. Entonces,
Eventualmente, estas altas temperaturas romperán el aislamiento esmaltado del alambre magnético de cobre en la armadura causando cortocircuitos entre espiras. Estos cortocircuitos, a su vez, evitan que la corriente fluya en las secciones de las bobinas del inducido, lo que a su vez reduce el campo magnético producido por el inducido, lo que a su vez reduce el par producido por el motor. El síntoma que notará tarde o temprano es que el motor tiende a debilitarse con el uso o la "edad". Cada vez más bobinas del inducido están cortocircuitando, lo que debilita gradualmente el motor con cada nueva ocurrencia.
La otra enfermedad importante del sobrecalentamiento prolongado es que la soldadura utilizada para conectar las diversas bobinas del inducido al conmutador se derretirá y saldrá volando de las juntas de soldadura por la fuerza centrífuga del inducido giratorio. La soldadura empleada para esta tarea suele ser una variedad de alta temperatura exactamente por esta razón. Aún así, ¡todo tiene sus límites! Eventualmente, el motor perderá la conexión a un polo, luego a otro, etc. El síntoma es que el motor se detendrá a bajas velocidades o no arrancará en absoluto en ciertas posiciones del eje. Esto se debe a que el motor no tiene torque en estas posiciones porque la armadura está en circuito abierto. Gire un poco el eje y el motor arrancará y tendrá suficiente inercia para "pasar por encima" del punto muerto en la armadura si la carga del eje no es demasiado grande.
Otro síntoma más de sobrecalentamiento prolongado es que el eje de la armadura, o la armadura misma, se deformará debido a las altas temperaturas y se unirá al estator. La "unión" puede ser solo parcial y la armadura rozará contra el estator desgastando el metal en ambas superficies en el proceso. O bien, la deformación se volverá lo suficientemente mala, lo suficientemente rápido como para que las dos superficies simplemente se crujen, tal vez creando una "soldadura" en el proceso. El síntoma de armadura deformada suele ir acompañado de una cierta cantidad de ruido, ¡quizás los ruidos realmente geniales que está tratando de explotar en su proyecto!
Hay varias pruebas que se pueden realizar para evaluar la cantidad de calor creado en la armadura en un esfuerzo por determinar la probabilidad de que el motor sucumba a una de las tres enfermedades descritas anteriormente. Sin embargo, todos son bastante complicados y requieren el desmontaje y montaje del motor, así como modificaciones en la armadura.
Quizás la mejor manera de probar en una situación como la suya es hacer un "freno dinámico" que cargará su motor a los niveles de par y corriente que pretende usar en la aplicación. Hacer el freno dinámico a partir de otro motor de imanes permanentes, preferiblemente de mayor tamaño. Acople firmemente los dos ejes y monte los motores rígidamente. A continuación, conecte una resistencia de alto vataje a los cables de alimentación del motor con freno dinámico más grande (no alimente este motor con freno dinámico desde una fuente de alimentación, simplemente conecte la resistencia a sus cables). Luego, conduzca su motor de prueba con el mismo voltaje que está usando en la aplicación y controle su corriente con un amperímetro de baja resistencia. Ahora, ajuste la resistencia de carga conectada al motor de freno dinámico hasta que obtenga la misma corriente que espera en su aplicación ("50% +" amperios como indicó en su pregunta). La resistencia de carga debe ser de alto vataje porque generará bastante calor. Puede utilizar varios valores en serie y en paralelo para lograr el valor deseado. O bien, puede usar un reóstato de tamaño adecuado (¡no un potenciómetro!).
Una vez que tenga todo esto funcionando y esté monitoreando la corriente que consume su motor de prueba con el amperímetro, simplemente espere y observe que ocurra uno de los síntomas anteriores (u otro que no haya predicho). Esté atento a ese amperímetro porque le mostrará la aparición de los síntomas de falla. La corriente puede subir, bajar o fluctuar esporádicamente dependiendo del modo de falla. Si el motor funciona sin problemas durante X veces más de lo que pretende utilizarlo en su aplicación, es probable que esté funcionando bien a largo plazo. (X = 5 a 10).
Por cierto, el motor de CC de "freno dinámico" utilizado en esta prueba en realidad se utiliza como generador, la energía producida por el motor de prueba pasa a través de este generador y se disipa en la resistencia externa. En el proceso, el eje del motor de prueba está experimentando un nivel de par idéntico al que tendría en su aplicación de destino. Recuerde, en un motor PM CC, amperios = par (en pocas palabras).
¡¡¡Buena suerte!!!
Detener un motor induce la acumulación de calor. El calor excesivo puede dañar los motores. También debe probar los motores en esas condiciones actuales durante un período de tiempo significativo para ver si pueden soportarlo. Cuántas horas a x corriente bajo y carga hasta que deja de funcionar.
Y sí, aunque no es voltaje/corriente completos a plena carga, todavía se está estancando.
A menos que sepa lo contrario, ya sea a partir de los datos del fabricante o de experimentos detallados, asuma que hacer funcionar el motor por encima de su corriente nominal (¡funcionando NO parado!) puede sobrecalentarlo o dañarlo. Incluso su clasificación de corriente normal puede suponer que el motor está girando para impulsar un ventilador para enfriar el aire. En cuyo caso, incluso la corriente nominal sin girar el ventilador puede matarlo.
A menudo encontrará que las sobrecargas a corto plazo (quizás a 2x o 4x de corriente nominal, probablemente aún muy por debajo del 50% del bloqueo) están permitidas dado el tiempo de enfriamiento entre ejecuciones. Depende del motor.
O puede probar los motores y ver qué tan rápido la carcasa del motor alcanza, digamos, 60C. ¿Puede permitirse perder uno o dos motores durante las pruebas?