MOTORES DE C C
MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS
CAPITULO 4
4.1 INTRODUCCION Y CLASIFICACION
Las mquinas elctricas rotativas pueden ser generadores, que
convierten energa mecnica en energa elctrica, y motores que
convierten energa elctrica en energa mecnica.
Los generadores son muy importantes en la vida cotidiana, pues
son los encargados de generar la energa elctrica para alimentar
toda clase de equipos y artefactos elctricos. Por su parte los
motores elctricos se utilizan por las ventajas ante los de
combustin interna, de que producen un mnimo de ruido y de
contaminacin, son portables, as como econmicos de ah la importancia
de su uso. hay que anotar eso s que las maquinas rotativas pueden
funcionar como motor o generador, la nica diferencia es el sentido
de flujo de la potencia.
Las mquinas Rotativas pueden clasificarse en:
M. en Derivacin (Shunt)M. de Excitacin IndependienteC.C.M. de
Imn Permanente M. Serie M. Compuesto M. Brushless CC
Fase Partida Jaula Condensador Espira de sombra Induccin M.
Monofsicos Rotor Motores Devanado HistresisC.A. Sncrono Reluctancia
Imn Permanente Jaula de ardilla Induccin Rotor devanado M.
Polifsicos Sncronos Brushless AC
M. Universales
G. en Derivacin (Shunt)DinamoG. de Excitacin IndependienteC.C.
G. CompuestoG. Serie Generadores
G. MonofsicoAlternadorG. TrifsicoC.A. G. Polos lisosG. Polos
salientesG. Induccin
4.2 FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR EN CUATRO CUADRANTES
4.2.1Principios Fundamentales de Conversin
1.Generador de voltaje.- un voltaje se induce en una bobina
cuando existe un cambio en el flujo que enlaza la bobina.
1. Fuerza sobre un material ferromagntico.- una fuerza mecnica
se ejerce sobre un material ferromagntico para alinearlo con la
parte ms densa del campo magntico.
3. Fuerza sobre un conductor.- una fuerza mecnica se ejerce
sobre un conductor de corriente i, que se encuentra bajo la
influencia de un campo magntico (f = B.l.i).
Figura 4.1 Funcionamiento de un motor en los cuatro
cuadrantes
I)Motor girando a derechas ( y n en el mismo
sentido)II)Generador girando a derechas ( en sentido contrario a n)
III)Motor girando a izquierdas ( y n en el mismo
sentido)IV)Generador girando a izquierdas ( en sentido contrario a
n)
4.3 EFECTO MOTOR
4.3.1 Motor Lineal
Para comprender el funcionamiento de un motor lineal, es
necesario partir del hecho de que: un conductor que se encuentra en
presencia de un campo magntico y por el cual pasa una corriente,
tiende a girar, como se observa en la figura 4.2.
Figura 4.2 Fundamento del motor Lineal
Por otra parte un campo magntico como se estudi en los captulos
anteriores, se genera ya sea por un imn, o por la accin de un
bobinado por el cual est pasando una corriente.
Figura 4.3 Espira dentro de un campo magntico
El funcionamiento se puede expresar as: cuando fluye una
corriente por el conductor, alrededor de este se produce un flujo
magntico, sumandose este flujo con el principal en un lado y
restndose en el otro, como resultado de esto se produce una fuerza
en el conductor (F = i.l.B), que vendr dado segn el sentido en el
que fluya la corriente en el conductor.
Si tenemos una espira con una corriente I dentro de un campo
magntico, se producir un torque. Pero qu pasara si no fuera una
sola espira, sino varias, por las cuales circule una corriente,
esto hara que se generen varias fuerzas que produciran un
movimiento constante.
4.4 MOTORES DE CC
Se diferencian de los generadores solamente en que el flujo de
la potencia es el contrario, es decir, reciben energa elctrica y se
obtiene energa mecnica. Los motores de CC se utilizan
principalmente en la actualidad en los automviles, camiones,
aviacin, mquinas herramientas, etc. Estos tienen la ventaja
principal presentar una gran variacin de velocidad.
Los motores en la prctica se los evala por la regulacin de
velocidad:
La regulacin de velocidad da una medida aproximada de la
caracterstica Torque velocidad; la regulacin de velocidad positiva
significa que la velocidad de un motor desciende ante el aumento de
la carga, y una regulacin de velocidad negativa significa que la
velocidad aumenta con el incremento de la carga.
Existen bsicamente 5 tipos de motores de CC:
1.Motor en Derivacin (Shunt)2.Motor de Excitacin
Independiente3.Motor de Imn Permanente4.Motor Serie5.Motor
Compound
4.4.1 Circuito Equivalente de un Motor de CC
Figura 4.4 Circuito equivalente de un motor de CC
El voltaje generado en el interior del motor viene dado por:
Y el momento de torsin desarrollado por el motor es:
Adems de estas ecuaciones, para el anlisis del motor, es
necesario conocer la ley de Voltajes y corriente de Kirchhoff, la
curva de magnetizacin de la mquina, curva de la carga,
etc.4.4.2Motor En Derivacin (Shunt)
El motor en Derivacin (figura 4.5), es aquel cuyo circuito de
campo est conectado con el paralelo con el inducido.
Figura 4.5 Motor de CC en Derivacin
La corriente de excitacin viene dada por:
Segn la ley de voltajes de Kirchhoff, para el circuito del
inducido:
VT = EA + IA .RA(4.6)
El voltaje inducido viene dado por la ecuacin 4.1, que
reemplazndola en la relacin 4.6 resulta:VT = K + IA .RA(4.7)
As mismo, despejando la ecuacin 4.4, IA se expresa como:
Reemplazando 4.8 en 4.7:
Despejando la velocidad del motor se tiene:
Ecuacin que al graficarla da como resultado la curva de la
figura 4.6, en la cual se puede apreciar que la velocidad del motor
no vara mucho con las variaciones de la carga aplicada al
motor.
Figura 4.6 Curva caracterstica Momento de torsin Velocidad
Existe un efecto que puede modificar la forma de la curva
mostrada en la figura 4.6, y esta se produce cuando el motor posee
reaccin del inducido, esta hace que cuando la carga del motor
aumenta, se produce un efecto de debilitamiento del flujo, y como
consecuencia, aumenta la velocidad del motor a cualquier carga ms
all de la velocidad que tendra de no poseer reaccin del inducido
(figura 4.7). Este efecto es contrarrestado si el motor tiene
bobinados de compensacin, pues as el flujo no se debilitar.
Figura 4.7 Reaccin del inducido y Curva caracterstica Momento de
torsin Velocidad con Reaccin del inducido
Ya en funcionamiento, el motor presenta ciertas reacciones, las
cuales deben ser explicadas matemticamente, para un mejor
entendimiento. Es as que, si la carga en el motor aumenta, el
torque de la carga carga, supera al momento de torsin inducido ind,
y la velocidad disminuye, y en consecuencia el voltaje generado
disminuye (EA = K), por tanto, la corriente del inducido aumenta
(IA= (VT - EA)/RA), y a medida que se eleva esta corriente, el
torque producido por el motor aumenta tambin.(ind = KIA), con lo
que el este torque producido iguala al de la carga pero a otra
velocidad. Control de Velocidad de los Motores de CC en
derivacin
Existen algunas maneras de controlar la velocidad de un motor
Shunt ya sea por medios tradicionales como los que se enumeran a
continuacin o por medios electrnicos los mismos que se vern ms
adelante.1.Ajustando la resistencia de campo RF (y con ello el
flujo de campo)
Al hacer esto la corriente de campo disminuye (IF = VT/RF), al
suceder esto, se reduce el flujo , y con ello se reduce el voltaje
interno generado (EA= K). Esto ocasiona un incremento de la
corriente de inducido, y por tanto del Torque inducido.(IA= (VT -
EA)/RA), (ind = K..IA), y siendo ind mayor carga, la velocidad del
motor crece.
2.Ajustando el voltaje terminal aplicado al inducido
Esto se hace sin cambiar el voltaje aplicado al campo. Es decir
haciendo al motor similar a un motor de excitacin independiente. De
este modo si aumenta VA, la corriente del inducido IA, se eleva (IA
= (VA EA)/RA), como consecuencia el Torque producido crece por la
misma razn que en control de velocidad anterior, dando como
consecuencia el aumento de la velocidad. 3.Insertando una
resistencia en serie con el circuito del inducido
El efecto que ocasiona esta resistencia, es aumentar la
pendiente de la curva torque velocidad del motor, as este funciona
ms lentamente si est cargado (ecuacin 4.10), este mtodo no es
prctico, pues aumenta las prdidas del motor.
Como consecuencia de estos controles, para el primer caso, si la
resistencia de campo aumenta (corriente de campo disminuye), la
velocidad del motor aumenta, y si esta decrece (corriente de campo
aumenta), la velocidad disminuye tambin. Entonces, el aumento de la
corriente, disminuye la velocidad, pero a una mxima corriente hay
una mnima velocidad. De otro lado si un motor funciona a sus
valores nominales de VT, Potencia y corriente, este estar a
velocidad nominal o velocidad base, y es as que, el control de la
resistencia de campo sirve solo para velocidades superiores a la
velocidad base, pues si se quiere trabajar bajo la velocidad base,
posiblemente se quemar el bobinado de campo.
Para el control de voltaje en el inducido, se ve que si aumenta
el voltaje aumenta la velocidad del motor, y si este disminuye, la
velocidad del motor disminuye tambin, pero tambin hay una velocidad
mxima la cual corresponde al voltaje mximo en el inducido. Este
control a diferencia del anterior funciona para velocidades
inferiores a la velocidad base, pues si se desea obtener una
velocidad mayor a la velocidad base, para esto el voltaje debe
aumentar y esto quemara el bobinado del inducido.
En consecuencia se ve que los dos mtodos son complementarios, y
conjuntamente dan una gran variacin de velocidad al motor en
derivacin.No ocurre lo mismo para la potencia y el momento de
torsin, El limitante para ellos es el calentamiento de los
conductores del inducido, es decir la corriente IA.
4.4.3Motor de Excitacin Independiente
Bsicamente el motor de excitacin independiente (figura 4.8), es
aquel cuyo circuito de campo lo abastece una fuente de alimentacin
independiente del circuito de inducido.
Figura 4.8 Motor de CC de Excitacin Independiente
Como se ve en la figura la corriente de la rama de excitacin
viene dada por:
Con RF = Rv + Rf
Este tipo de motor presenta las mismas caractersticas de un
motor en derivacin y las ecuaciones desarrolladas, as como el
anlisis de su comportamiento es el mismo, adems que, para el
anlisis se asume al motor en derivacin con el voltaje del inducido
constante, estudindolo como motor de excitacin Independiente.
Modelo Dinmico del Motor de Excitacin Independiente
La modelacin del motor de excitacin independiente permite su
anlisis en rgimen transitorio. Es as que se distinguen dos partes
fundamentales.
1.Modelo del Circuito Elctrico
La ecuacin del circuito elctrico equivalente del motor es:
Donde:
R = resistencia del motorL = inductancia del motore = f.e.m. del
motorVAB = tensin en bornes del motor
Figura 4.9 Modelo del Circuito elctrico del motor
2.Modelo MecnicoLa ecuacin del modelo mecnico del motor es:
Donde: =Torque = velocidad angularD = coeficiente viscosoJ =
momento de inercia = aceleracin angular
Figura 4.10 Modelo Mecnico del motor
2.Modelo ElectromecnicoCombinado las dos ecuaciones anteriores y
adems las relaciones (4.3) y (4.4):
Figura 4.11 Modelo Electromecnico del motor4.4.4Motor de Imn
Permanente El motor de Imn permanente es aquel cuyos polos del
estator estn hechos de imanes permanentes. Tienen la ventaja de que
no existen prdidas en los bobinados del circuito de campo, ni
ocupan energa para la alimentacin de este bobinado, adems que
suelen ser ms pequeos que los motores en derivacin del mismo tipo.
Eso s debido a que el campo generado es producido por un imn este
no es tan intenso, como si fuera generado por un electroimn, por lo
cual tiene un menor Torque producido. Estos motores presentan el
riesgo de desmagnetizacin del imn que puede ser causada por
calentamiento, una f.e.m. de polaridad opuesta, etc. Por lo cual
este motor es una mquina delicada, ya que tambin si la corriente
del inducido supera un valor mximo este imn se desmagnetiza.
Como se revis en el captulo 1, se recordar que se habl de las
caractersticas de los materiales ferromagnticos. Pero
principalmente es necesario que se recuerde que cuando se aplica
una fuerza magnetomotriz externa a este tipo de materiales, en el
material queda un flujo residual Bres cuando esta fuerza
desaparece. Este flujo residual debe ser lo ms grande posible para
fabricar los polos de un motor de imn permanente, as como tambin la
intensidad magnetizante coercitiva Hc (lo cual hace que se necesita
una intensidad de la misma magnitud para desmagnetizar este
material).
Figura 4.12 Curva de magnetizacin de un material ferromagntico
para uso en imanes permanentes
Un material utilizado como imn permanente es el Alnico
(AL-NI-Co). Las parte de la curva de histresis que interesa para
este tipo de materiales es la que est en el segundo cuadrante, pues
esta es la que permite ver la forma de desmagnetizacin. La figura
4.13-a muestra la caracterstica de un imn permanente. Se define la
recta de retorno (de la desmagnetizacin), como la recta tangente a
la caracterstica del imn en el punto de mxima induccin. Un aumento
del entrehierrro o bien una corriente de inducido excesiva puede
desplazar el punto de operacin del imn hasta el punto (1), punto de
mnima induccin aprovechable. Al reducirse el entrehierro o
reducirse la corriente de inducido la caracterstica del imn
retornar siguiendo una recta paralela a la de retorno (2). Es
preciso magnetizar de nuevo el imn para que este sea operativo. La
figura 4.13-b muestra la caracterstica de varios tipos de imn. Las
primeros imanes son de Ticonal-Tc y Ticonal 900, despus vino el
Alnico, y luego vinieron las ferritas. El Pt-Co mejora las
caractersticas, pero luego aparece el Sm-Co, ampliamente utilizados
en la actualidad. ltimamente ha aparecido el Neodimio-Hierro-Boro
que al igual que los dos ltimo no presenta desmagnetizacin
Figura 4.13 Curva de histresis para diversos materiales
utilizados como imanes permanentes
El motor de imn permanente es igual al motor en derivacin, en
cuanto a su funcionamiento, la nica diferencia es que el flujo en
el motor de imn permanente es constante. Los mtodos de control de
velocidad en este motor son: variando el voltaje del inducido, y
mediante el control de resistencia del inducido (no prctico). Las
aplicaciones de los motores de imn permanente son: en el control
numrico o robtica.
4.4.5 Motor Serie
El motor en serie es aquel cuyo bobinado de campo es de pocas
espiras de alambre de seccin un tanto gruesa, y como su nombre lo
indica el circuito de campo est en serie con el bobinado del
inducido.
Figura 4.14 Circuito equivalente de un Motor Serie
El voltaje aplicado a este motor viene dado por:
VT = EA + IA (RA + RS)(4.14)
En el motor serie a diferencia del motor en derivacin, el flujo
es directamente proporcional a la corriente inducida, mientras no
se supere la saturacin.
= c.IA (4.15)
Donde c es una constante de proporcionalidad. Por lo tanto si la
carga aumenta, el flujo aumenta tambin, y la velocidad disminuye.
Esto hace que la curva Torque - velocidad tenga una cada brusca. El
Torque producido por el motor serie viene dado por la ecuacin (4.4)
ind = K..IA, en dnde reemplazando la ecuacin (4.15) se tiene
que:
ind = K.c.(IA)2 (4.16)
En donde se observa que un motor serie da mayor momento de
torsin por amperio que cualquier otro motor de CC; de ah su
utilizacin para aplicaciones que requieren momentos de torsin muy
altos. Un ejemplo son los motores de arranque de los automviles,
Tranvias, etc.
Para obtener la curva caracterstica momento de torsin velocidad
del motor, en primer lugar se despeja la corriente inducida de la
relacin (4.16):
Como EA = K, al sustituir estas dos relaciones en la ecuacin
(4.14) se tiene:
Se puede eliminar el flujo de esta relacin al despejar IA de la
relacin (4.15):
Entonces la ecuacin (4.16) puede rescribirse como:
De esta ecuacin, despejando el flujo y reemplazndolo en la
ecuacin (4.17) se tiene:
En donde se despeja la velocidad angular :
Esta ecuacin se grafica en la figura 4.14.
Figura 4.15 Curva caracterstica Torque velocidad de un motor
serie
Al analizar la ecuacin (4.19), se podr ver que en ningn caso el
momento de este motor debe tender a cero, pues de ser as la
velocidad tendera a infinito. En la prctica esto nunca se cumple,
pues el motor tiene prdidas mecnicas. Sin embargo si no se conecta
una carga al motor, este tiende a marchar velozmente pudiendo
daarse; adems se recomienda que nunca se conecte a una carga por
medio de un sistema de transmisin que pudiera romperse (bandas o
cadenas), pues si esto pasa cuando el motor esta en funcionamiento,
este se daara seriamente.
Control de velocidad en los motores serie de CC
La nica manera de controlar la velocidad de un motor serie es
variar el voltaje terminal VT, pues como se ver en la ecuacin
(4.19), un aumento del voltaje para cualquier Torque, da como
consecuencia el aumento de la velocidad. Se podra por otro lado
controlar la velocidad insertando resistencias en serie pero esto
causara una prdida de energa grande. Hasta hace poco tiempo este
era el nico mtodo utilizado, pero con el desarrollo de la
electrnica esto ha cambiado, sin embargo este mtodo se usa hoy para
el arranque de algunos motores.
4.4.6 Motor Compuesto (Compound)
El motor compuesto no es ms que la unin del motor en derivacin y
el motor serie, es decir posee los dos campos magnticos. Las
conexiones se ilustran en la figura 4.16. Como se recordar en los
transformadores se defini la polaridad de un bobinado y su
representacin, y como para el motor compuesto son dos los bobinados
que trabajan y se encuentran conectados es importante, saber cual
es la polaridad de estos. En la figura 4.16 se ve que cuando la
polaridad viene representada por puntos circulares en los bobinados
se tiene la composicin acumulativa, y si se representa con puntos
cuadrados la composicin es diferencial.
Figura 4.16 Circuito equivalente de un Motor Compuesto a)Conexin
en derivacin larga, b)Conexin en derivacin corta
En el motor de composicin acumulativa hay un componente de flujo
que es constante, y otro que es proporcional a la corriente del
inducido, por ello este motor tiene un mayor momento de torsin en
el arranque que un motor en derivacin, pero uno menor que el motor
serie. Como consecuencia de ello se tiene un motor que combina las
mejores caractersticas de los dos motores
Figura 4.17 Curva caracterstica Torque velocidad de un motor
serie, en derivacin, y compuesto (en derivacin acumulativa)
En un motor compuesto de composicin diferencial, las fuerzas
magnetomotrices de los dos bobinados se sustraen, y esto da como
consecuencia que al aumentar la corriente IA (aumenta la carga), el
flujo en el motor disminuya, con lo que la velocidad aumenta
desbocndose el motor y volvindose inestable. Este tipo de motor no
tiene una aplicacin prctica.
4.4.7Motor Brushless DC
Este al igual que el motor de imn permanente utiliza imanes para
su funcionamiento, solo que estos ahora van en el rotor y no en el
estator que es lo clsico; es por ello que el inducido est en el
estator. Se caracteriza por no tener escobillas, ni colector, lo
que hace que la velocidad mxima que puede alcanzar es muy superior
a la que pueden desarrollar todos los motores vistos anteriormente,
y adems se puede obtener el mximo par a velocidad nominal. La
inercia para el motor Brushless puede llegar a ser 10 veces
inferior comparado con un motor de CC cualquiera, y para una misma
potencia, este puede ser 25% menor en tamao.
El principio bsico de funcionamiento de este motor es el ir
conmutando las bobinas del estator en funcin de la posicin del
rotor.
Figura 4.18 Esquema del motor Brushless CCLa figura 4.18 muestra
la configuracin bsica del motor Brushless CC. En ella, las clulas
de efecto Hall, determinan la posicin del rotor y los transistores
conmutan la bobina correspondiente.
Como se dijo antes, en este motor los imanes permanentes estn en
el rotor, normalmente tienen 6 polos. El estator tiene 3 devanados
y se conectan en estrella. De estos, solo dos fases operan
simultneamente, as la corriente que entra por la una sale por la
otra, mientras la tercera est desconectada. Cada 60o elctricos es
preciso conmutar los devanados para conseguir que el motor gire con
un par uniforme.
El circuito de alimentacin del motor brushless se muestra en la
figura 4.19:
Figura 4.19 Circuito de alimentacin del motor Brushless CC
Figura 4.19 Principio de funcionamiento
La interaccin del flujo producido por los imanes permanentes del
rotor y la corriente del estator, produce una fuerza sobre los
conductores (F = B.I.L). Al estar el estator fijo, aparece una
fuerza de reaccin de sentido contrario en el rotor, provocando su
giro. Al girar los polos, el sistema de control debe hacer circular
la corriente por los conductores del estator que se encuentren
frente a un polo en cada instante. Se trata de ir conmutando los
bobinados del estator en funcin de la posicin del rotor. La figura
4.20 muestra la posicin del rotor en un instante determinado. Como
se dijo en cada momento solo operando fases simultneamente (las que
se encuentren justo delante de un polo).
Figura 4.20 Generacin del par electromagntico del Motor
Brushless CC
En esta situacin el inversor alimenta al bobinadoa con una
corriente entrante y al bobinado c con una corriente saliente: La
corriente entrante en U y en Z se encuentra frente a un polo norte
magntico, mientras que las corrientes salientes en X y en W se
sitan frente a un polo sur, las fuerzas generadas en los 4
conductores originan un par en el mismo sentido (horario). El par
generado es directamente proporcional a la corriente.
Un instante despus el rotor se encontrar en otra posicin. Cuando
haya avanzado 60o ocupar la posicin de la figura 4.20-a,
repitindose todo el proceso nuevamente, solo cambiando las fases
que son alimentadas, pues ya han cambiado los conductores que estn
frente al polo. Entonces el inversor conmutar, tomando la corriente
la distribucin mostrada en la figura 4.20-b. Esta funcin la cumple
el detector de posicin que ser el que designe el polo que funciona
y genera el campo magntico (figura 4.18). Este detector de posicin
funciona en base al efecto Hall. La alimentacin para este motor es
mediante una fuente de cc y la onda de f.e.m es trapezoidal.
4.4.8 Propiedades importantes de los motores de CC
El sentido de giro de un motor de CC puede invertirse cambiando
el sentido de la corriente que circula por el inducido o por el
estator pero no de los dos a la vez.
Un motor en derivacin (Shunt) tiene la propiedad de que presenta
una ligera variacin de la velocidad cuando la carga aumenta.
Un motor serie tiene la particularidad de tener un gran par de
arranque, y la velocidad va en dependencia de la carga.
Un motor compuesto (Compound) serie aditiva se caracteriza por
tener una velocidad constante con variaciones bruscas de carga.
Un motor compuesto (Compound) serie diferencial no tiene ninguna
utilidad, pues un motor demasiado inestable.
4.4.9 Rectificacin Controlada
Uno de los mtodos de variacin de la velocidad de motores de CC,
es variar el voltaje terminal VT, pero cmo lograr este objetivo?.
Antiguamente se utilizaba un sistema denominado Ward Leonard, el
cual consista en dos motores: uno de induccin de ca, que
proporcionaba la energa mecnica a un segundo motor de CC, que haca
las veces de generador (en el cual se variaba el voltaje VT), y
este finalmente alimentaba al motor de CC (en el que se variaba la
velocidad).
Actualmente con el desarrollo de la electrnica, se ha
desarrollado circuitos rectificadores controlados que pueden variar
el voltaje ms fcilmente, como el que se tiene en la figura
4.21.
Figura 4.21 Rectificador trifsico con SCRs
Este rectificador controla el voltaje promedio aplicado al
inducido del motor de CC, y por tanto la velocidad del motor. Este
voltaje es controlado al ajustar el ngulo de activacin de los SCR,
de este modo el voltaje aplicado depende de la fraccin de tiempo
que el voltaje de alimentacin se aplica al inducido. En este
rectificador se verifica la siguiente ecuacin:
Ed = 1.35x Eefx cos (4.22)
Por medio de circuitos rectificadores se puede hacer funcionar
al motor en los cuatro cuadrantes, variando solamente el ngulo de
disparo, as: 0o < < 90o Ed (+),(Ia 0) 90o < < 180oEd
(-), (Ia = 0)
Al funcionar como rectificador, el ngulo de disparo est
comprendido entre 0o y 90o, pudiendo la carga ser activa o pasiva.
En la modalidad de inversor, el ngulo est comprendido entre 90o y
180o, pero es necesaria una fuente de CC de polaridad
apropiada:
Como:Ea = KEa > Ed
Por lo que si Ea no cambia de polaridad los tiristores no
conducen, con lo que Ia = 0, y entonces = 0 ( = K..Ia).
Control Electrnico para un motor de CC
Para lograr un mejor control de un motor de CC, se suele aadir
una inductancia al rectificador de la figura 4.21, para que
funcione como un filtro de corriente (figura 4.22), siempre y
cuando la corriente sea baja. Si en cambio la corriente es muy alta
puede prescindirse de ella.
Figura 4.22 Rectificador con inductancia
Haciendo un anlisis del comportamiento del rectificador se tiene
que: si se inicia con = 90o , implica que Ed = 0. Si disminuye, Ed
aumenta, con lo que Ia 0, y el motor se va acelerando (Ia siempre
es controlada).
Durante el arranque existen 3 particularidades:
1.No se necesita una resistencia de arranque.2.La prdida de
potencia en los tiristores es despreciable.3.Ia no supera el valor
de consigna.
Para que funcione como motor, Ed deber ser mayor respecto a Ea.
Para disminuir la velocidad , se aumenta el ngulo y Ed disminuye,
con lo que no existe circulacin de corriente, as el motor pierde
velocidad y Eo disminuye hasta que Ed > Ea, con lo que gira el
motor a una velocidad menor. En el caso de que se quiera parar el
motor alfa debe estar en 90o. En el momento en que es mayor, el
rizado es mayor y se presenta una potencia reactiva en el
convertidor.
Control en dos cuadrantes (I y II)
En el caso de que el motor pierda velocidad por si solo, esto no
es conveniente si se desea tener una respuesta rpida. Una
alternativa para evitar esto es modificar el circuito de tal manera
que el motor trabaje como generador tambin. Esto se puede hacer de
3 maneras:
1.Control por Inversin de campo
Figura 4.23 Control por inversin de campo
El convertidor acta como inversor, para lo cual Ed cambia de
polaridad, de tal manera que Ed < Ea. Ed se invierte cuando >
90o, pero para cambiar Ea es necesario cambiar el campo o el
inducido.
Para la inversin del campo debe seguirse los siguientes pasos:
I) Desfasar hasta cerca 180o, con lo cual Ia = 0II) Invertir el
campoIII) Reducir hasta que Ed < Ea, esto implica que Ia 0.
Para que funcione como motor:I) cercano a 180o (Ia = 0)II)
Invertir el campoIII) Reducir para que Ed > Ea.
2.Inversin del Inducido
Figura 4.24 Control por inversin del inducido
3.Inversin con dos convertidores
Figura 4.25 Control por inversin con dos convertidores
Si se quiere que la regulacin de velocidad sea un poco ms rpida
se recurre a dos convertidores idnticos conectados en paralelo y en
oposicin, eso si en cada momento funciona uno a la vez. As en la
figura 4.26-a se ve al convertidor 1 funcionando, mientras que el
convertidor 2 est bloqueado, con lo cual el motor funciona en el
primer cuadrante, Para la figura 4.26-b se tiene el convertidor 2
funcionando y el convertidor 1 bloqueado con lo cual se tiene un
generador (II Cuadrante).
Figura 4.26 Control por inversin con dos convertidores idnticos
en antiparalelo.
4.10 Curvas segn el tipo de carga
Se puede tener:
1.Accionamientos de avance, por ejemplo gras (figura
4.27-a)2.Esmeril y pulidoras (figura 4.27-b)3.Bombas soplantes
(figura 4.27-c)4.Bobinadoras y desbobinadoras, fresadoras, platos
de torno (figura 4.27-d)
Figura 4.27 Tipos de Carga.
4.11Operacin a par constante Para este caso el flujo debe
permanecer constante y se vara Vt de tal manera que:
Ia = (Vt Ea) / Ra aqu Ia debe permanecer constante.
Al aumentar W , implica que Ea aumenta tambin (Ea=K W) y Vt debe
subir en la misma proporcin para mantener la relacin (Vt-Ea)
constante, de esta manera se consigue que el torque sea constante
desde W=0, hasta la velocidad base (nominal).
T = K (cte) Ia(cte).
En la zona de W = 0 hasta W base , la potencia sube de una
manera lineal.
P = Ea Ia = K W(aumenta) Ia
4.12 Operacin a potencia constante
Para este caso se mantiene Vt constante y se disminuye el flujo,
con lo que el motor aumenta su velocidad, Ia debe permanecer
constante todo el tiempo , entonces tenemos que:
P = Ea Ia = K(disminuye) W(aumenta) Ia = cte
T = K(disminuye) Ia.
Para que Ia sea constante con Vt constante implica que Ea =
cte
Figura 4.28 Potencia y Torque en funcin de la velocidad de un
motor de excitacin independiente, con controles de: voltaje en el
inducido y Flujo de campo