Tengo un mini motor que está clasificado a 3 voltios. ¿Significa esto que el 3 es el número de voltios que producirá el amperaje deseado para el motor? ¿Podría técnicamente hacer que funcione al conectarlo a un circuito de 10,000 voltios y agregar resistencia hasta que tenga el mismo amperaje que para 3 voltios?
No, los motores no funcionan de esa manera.
En términos generales, el voltaje que se aplica a un motor determina la velocidad a la que funciona, pero la corriente que consume depende de la carga mecánica (par) que está conduciendo.
Si aplicara 10,000 V a un motor de 3 V, incluso a través de una resistencia, trataría de girar demasiado rápido, probablemente destruyéndose a sí mismo.
Aunque en teoría eso funciona, no es práctico ... en absoluto.
Digamos que su carga es de 10 ohmios (lo que lo hace simple) y tiene una capacidad nominal de 10V. Esto daría una corriente de 1A. Entonces, digamos que tengo 10,000V disponibles y quiero que 1A se ejecute a través de mi carga, yo agregaría, digamos, una resistencia de 10,000 ohmios en serie que produce aproximadamente 1A.
A pesar de este trabajo, ahora vamos a hablar sobre el poder.
$$ P = I \ cdot V = I ^ 2R $$
Para la resistencia de 10 Ohmios, disiparíamos \ $ P = 1 ^ 2 \ cdot 10 = 10 \; watts \ $. Donde en la resistencia de 10,000 ohmios disiparíamos \ $ P = 1 ^ 2 \ cdot 10,000 = 10,000 \; watts \ $.
Por supuesto, esto no es deseable porque nuestra transferencia de poder es terrible. Quisiéramos 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 se fabrican 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 perderá 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:
Los valores nominales 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 daños debidos a un calentamiento excesivo de Joule.
Algunos componentes son más flexibles que otros en cuanto a su voltaje y corriente nominal, hasta lo que se denomina "máximo absoluto". Los motores de corriente continua son de ese tipo. Aumente la tensión y aumentará la potencia del motor (es decir, más velocidad para un par de torsión dado o más par de torsión para una velocidad dada), es decir, asumiendo que el motor puede consumir la corriente que necesita. Esto significa que la corriente solo se limita al limitar el voltaje a través del motor (esto también es válido para otros dispositivos, se puede ver en las fuentes de alimentación limitadoras de corriente).
Usted podría hacer funcionar un motor de 3V a probablemente 12V con un disipador de calor gigante para asegurarse de que el calor se aleje 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, lo que aumentará 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 fundirán. Tenga en cuenta que, dependiendo de 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.
Ahora, sugiere agregar un dispositivo para disminuir el voltaje de 10000V a 3V. Eso haría feliz al motor: siempre que reciba 3V a través de él, atraerá la corriente hasta su corriente de calado y, con suerte, se ha diseñado para hacer frente a esa corriente. Sin embargo, estás cayendo 9997V. Si se extrae alguna corriente a través del dispositivo que deja caer ese voltaje, esta es la potencia que debe disiparse de alguna manera. 9997 * I, incluso si tengo un mínimo de 50 mA es 500W ... Para poner eso en perspectiva, los resistores revestidos de aluminio de 5W son tan grandes como un dedo. Tenga en cuenta que las resistencias de potencia solo dejarán caer una tensión fija a una corriente dada: cambie la carga mecánica en el motor y la tensión a través del motor cambiará, esto provocará inestabilidad ... Suponiendo una resistencia de 200 k para una corriente de diseño de 50 mA, +/- 15uA tendrá un efecto de +/- 3V en el motor! Sin mencionar que se desperdician 500W por 0.15W utilizado.
Necesitaría un convertidor con una mejor eficiencia, como los convertidores de CC de CC. Teóricamente, no bajan el voltaje por sí mismos, sino que cambian entre voltaje total 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 durante cuánto tiempo se puede aplicar el voltaje total antes de que la corriente sea demasiado alta, y eso no será largo. Por lo tanto, el 0.03% de ese tiempo será muy corto, lo más probable es que ningún convertidor pueda hacerlo. Las vibraciones del motor debido a la alta ondulación de corriente probablemente arruinarían al motor y su carga de todos modos.
Tanto si se considera una resistencia de potencia como 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 grosores de los aisladores.
¿A menos que te refieras a 10,000VAC de la red de suministro a 3VDC? En ese caso, tendrá que usar un transformador reductor y luego un rectificador, pero realmente espero que sepa lo que está haciendo.
Depende de cuál sea tu objetivo. Si desea una velocidad relativamente constante con cargas variables, entonces lo mejor es una fuente de voltaje constante (o incluso una resistencia en serie ligeramente negativa). El motor estará contento a menos que cargue el eje demasiado pesadamente, siempre que no le dé más que el voltaje nominal. Una carga demasiado pesada y se sobrecalentará.
Si desea un par constante con cargas variables, entonces lo mejor es una fuente de corriente constante. El motor estará contento a menos que cargue el eje a la ligera, siempre que no le dé más que la corriente de funcionamiento nominal. Una carga demasiado liviana y las RPM terminarán y podría dañarse (la tensión del motor excederá la tensión nominal en esas condiciones). Una resistencia de serie grande se comporta más como una fuente de corriente constante. Una fuente de resistencia de fuente de > 10K se simula fácilmente de forma electrónica sin el voltaje muy alto y la resistencia demente.
En referencia a su pregunta original, en ninguno de los dos casos está excediendo la tensión nominal en los terminales del motor (lo único que le importa al motor).
Los motores pueden dañarse al exceder cualquiera de los siguientes máximos:
Fuerza mecánica sobre sus componentes (puede causar fallas instantáneas)
Cantidad de flujo magnético (puede causar fallas instantáneas)
Velocidad de rotación, vibración, etc. (puede acelerar enormemente el desgaste o, en algunos casos, generar fuerzas que producen una falla instantánea)
Cantidad de generación de calor en los devanados (el funcionamiento intermitente puede permitir que el motor tolere más potencia (calor / segundo) que sostenido)
Cantidad de calor generado en los rodamientos (el funcionamiento intermitente puede permitir que el motor tolere la potencia (calor / segundo) que la sostenida).
Es posible que un motor de "3 voltios" se opere de manera segura a voltajes más altos en ciertas condiciones si esas condiciones reducen el factor de esfuerzo que fue limitado a 3 voltios y no elevan ningún otro factor de esfuerzo suficiente para causar problema. Lo importante es no mantener el voltaje del motor por debajo de la clasificación, sino garantizar que todos los demás factores de tensión se mantengan 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, de modo que cuando aplica un voltaje al inductor (motor de lectura), la corriente inicialmente será cero pero aumentará exponencialmente (consulte enlace ). Esto da como resultado que se apliquen los 10,000 voltios completos (suponiendo que se pueda aplicar esto instantáneamente) a través de los devanados del motor durante un corto período de tiempo, independientemente del valor de resistencia que utilice. Es probable que la alta tensión rompa el aislamiento del devanado y provoque cortocircuitos en los devanados del motor.
Hablando de manera práctica, un circuito que use 10,000 V y una resistencia para impulsar 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 y luego agregaba algo de carga mecánica, la tensión a través del motor disminuiría debido a que está tratando de atraer más corriente. Esto ralentizaría el motor y trataría de atraer más corriente, lo que reduciría aún más la tensión y, finalmente, detendría el motor a un valor mucho menor que su par nominal.
Lea otras preguntas en las etiquetas voltage resistance amperage