¿Puedo superar la tensión nominal de un motor si limito su corriente?

No, los motores no funcionan de esa manera.

En términos generales, el voltaje que aplica a un motor determina la velocidad a la que funciona, pero la corriente que consume depende de la carga mecánica (par) que está impulsando.

Si aplicara 10 000 V a un motor de 3 V, incluso a través de una resistencia, intentaría girar demasiado rápido, probablemente destruyéndose.

Aunque en teoría eso funciona, no es práctico… en absoluto.

Digamos que su carga es de 10 ohmios (simplificando esto) y está clasificado para 10V. Esto produciría una corriente de 1A. Entonces, digamos que tengo 10,000 V disponibles y quiero que 1A pase por mi carga, agregaría, digamos, una resistencia de 10,000 ohmios en serie que produce aproximadamente 1A.

Aunque este trabajo, ahora hablemos de poder.

Para la resistencia de 10 ohmios, disiparíamos$P = 1^2 \cdot 10 = 10 \;watts$. Donde en la resistencia de 10,000 Ohm nos disiparíamos$P = 1^2 \cdot 10,000 = 10,000 \;watts$.

Por supuesto, esto no es deseable porque nuestra transferencia de poder es terrible. Nos gustaría la máxima potencia entregada a nuestra carga. Por lo tanto, a menudo usamos un transformador para reducir el voltaje a un nivel apropiado.

Por supuesto, los motores no son resistencias (cargas reales e imaginarias), pero la demostración funciona para esta pregunta. Los motores están construidos con bobinas, se comportan como una carga inductiva y no se pueden tratar exactamente como una resistencia. De cualquier manera, es mejor entregar la máxima potencia a su carga o de lo contrario estará desperdiciando energía valiosa en su resistencia de 10,000 ohmios.

Espero que ayude, por favor comente si tiene más preguntas.

Respuesta corta: no en la práctica. Respuesta larga:

Efectos del voltaje y la corriente

Las clasificaciones de voltaje y corriente generalmente protegen contra mecanismos de falla independientes, en la mayoría de los casos, respectivamente, ruptura del aislamiento (especialmente para semiconductores) y daño debido al calentamiento excesivo de Joule.

Entendiendo los motores

Algunos componentes son más flexibles que otros en cuanto a su voltaje y corriente nominal, hasta lo que se denomina valores nominales de "máximo absoluto". Los motores de CC son de ese tipo. Aumente el voltaje y aumentará la potencia del motor (es decir, más velocidad para un par determinado o más par para una velocidad determinada), es decir, suponiendo que el motor pueda extraer la corriente que necesita. Esto significa que la corriente solo se limita al limitar el voltaje en el motor (esto también es cierto para otros dispositivos, se puede ver en las fuentes de alimentación con limitación de corriente).

Puede hacer funcionar un motor de 3 V probablemente a 12 V con un disipador de calor gigante para asegurarse de que el calor se escape más rápido de lo que calienta los cables (de lo contrario, se derretirán); sin embargo, no puede hacer funcionar un motor de este tipo a 10 000 V porque 1) el aislamiento se romperá, aumentando drásticamente la corriente consumida por el motor 2) ya sea que el aislamiento se rompa o no, la corriente será tan alta que los cables se derretirán. Tenga en cuenta que, según la alineación del eje y los cojinetes, un voltaje demasiado alto puede generar demasiada vibración y destruir el motor antes de que el calor derrita la bobina.

Limitación mediante resistencia de potencia

Ahora, sugiere agregar un dispositivo para bajar el voltaje de 10000V a 3V. Eso haría feliz al motor: siempre que reciba 3V a través de él, consumirá corriente hasta su corriente de parada y, con suerte, ha sido diseñado para hacer frente a esa corriente. Sin embargo, está dejando caer 9997V. Si se extrae alguna corriente a través del dispositivo que reduce ese voltaje, esta es energía que debe disiparse de alguna manera. 9997*I, incluso si I es tan bajo como 50mA es 500W... Para poner eso en perspectiva, las resistencias revestidas de aluminio de 5W son tan grandes como un dedo. Tenga en cuenta que las resistencias de potencia solo dejarán caer un voltaje fijo a una corriente dada: cambie la carga mecánica en el motor y el voltaje en el motor cambiará, esto conducirá a la inestabilidad... Suponiendo una resistencia de 200k para una corriente de diseño de 50mA, ¡+/-15uA tendrá un efecto de +/-3V en el motor!

Limitación a través del convertidor buck

Necesitaría un convertidor con una mejor eficiencia, como los convertidores DC DC Buck. Teóricamente, no bajan el voltaje por sí mismos, sino que cambian entre voltaje completo y sin voltaje para lograr el voltaje requerido en promedio (en este caso, la inductancia del motor filtra la corriente, que filtra el voltaje a través de la resistencia del motor). Sin embargo, esto significa encender el 0,03% del tiempo: la inductancia del motor le indicará cuánto tiempo se puede aplicar el voltaje completo antes de que la corriente sea demasiado alta, y eso no será por mucho tiempo. Por lo tanto, el 0,03% de ese tiempo será muy corto, es probable que ningún convertidor pueda hacerlo. Las vibraciones del motor debidas a la alta fluctuación de corriente probablemente arruinarían el motor y su carga de todos modos.

notas al pie

Ya sea que se considere una resistencia de potencia o un convertidor de conmutación, ambos deberán tener un aislamiento de 10 000 V, lo que significa que su producto será enorme para respetar las distancias de fuga y los espesores de los aisladores.

¿A menos que se refiera a 10,000 V CA de la red de suministro a 3 V CC? En ese caso, tendrá que usar un transformador reductor y luego un rectificador, pero espero sinceramente que sepa lo que está haciendo.

Depende de cuál sea tu objetivo. Si desea una velocidad relativamente constante con cargas variables, lo mejor es una fuente de voltaje constante (o incluso una resistencia en serie ligeramente negativa). El motor estará feliz a menos que cargue demasiado el eje, siempre que no le dé más del voltaje nominal. Una carga demasiado pesada y se sobrecalentará.

Si desea un par constante con cargas variables, lo mejor es una fuente de corriente constante. El motor estará feliz a menos que cargue el eje con demasiada ligereza, siempre que no le dé más de la corriente de funcionamiento nominal. Una carga demasiado liviana y las RPM aumentarán y podría dañarse (el voltaje del motor excederá el voltaje nominal en esas condiciones). Una resistencia en serie grande se comporta más como una fuente de corriente constante. Una fuente de resistencia de fuente >10K se simula fácilmente electrónicamente sin el voltaje muy alto y la resistencia insana.

En referencia a su pregunta original, en ninguno de los casos está excediendo el voltaje nominal en los terminales del motor (lo único que le importa al motor).

Los motores pueden dañarse al exceder cualquiera de los siguientes máximos:

1. Fuerza mecánica sobre los componentes de la misma (puede causar una falla instantánea)

2. Cantidad de flujo magnético (puede causar una falla instantánea)

3. Velocidad de rotación, vibración, etc. (pueden acelerar en gran medida el desgaste o, en algunos casos, generar fuerzas que provoquen fallas instantáneas)

4. Cantidad de calor generado en los devanados (la operación intermitente puede permitir que el motor tolere más potencia (calor/segundo) que la sostenida)

5. Cantidad de calor generado en los cojinetes (la operación intermitente puede permitir que el motor tolere potencia (calor/segundo) que sostenida).

Es posible que un motor de "3 voltios" funcione de manera segura a voltajes más altos bajo algunas condiciones si esas condiciones reducen el factor de estrés que limitaba la operación a 3 voltios y no elevan ningún otro factor de estrés lo suficiente como para causar problemas. Lo importante no es mantener el voltaje del motor por debajo de la clasificación, sino asegurarse de que todos los demás factores de estrés permanezcan dentro de sus límites correspondientes.

Un motor, eléctricamente hablando, es algo así como un inductor (ignorando cualquier efecto de carga del motor). Los inductores resisten cualquier cambio en la corriente, por lo que cuando aplica un voltaje al inductor (motor de lectura), la corriente inicialmente será cero pero aumentará exponencialmente (consulte http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/indtra .html ). Esto da como resultado que los 10,000 voltios completos (suponiendo que pueda aplicar esto instantáneamente) se apliquen a través de los devanados del motor durante un período corto de tiempo, independientemente del valor de resistencia que use. Es probable que el alto voltaje rompa el aislamiento del devanado y provoque cortocircuitos en los devanados del motor.

Hablando en términos prácticos, un circuito que usa 10 000 V y una resistencia para accionar un motor de 3 V sería enormemente ineficiente. La corriente del motor dependerá de cuánto se esté cargando el motor. En otras palabras, si seleccionó una resistencia que daría 3 V a través del motor sin carga del motor, luego agregó algo de carga mecánica, el voltaje a través del motor caería porque está tratando de extraer más corriente. Esto reduciría la velocidad del motor e intentaría extraer más corriente reduciendo aún más el voltaje y, finalmente, detendría el motor a mucho menos que su par nominal.