Source: https://www.scribd.com/document/90780087/La-maquina-de-Corriente-Continua-Regulacion
Timestamp: 2018-12-12 05:16:38+00:00

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1. REGULACIÓN DE MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA 1.1.
Arranque de motores de corriente continua La primera maniobra que se presenta en el funcionamiento de un motor, es la del arranque o puesta en marcha. En el instante inicial (velocidad del sistema motor-carga es nula) el motor debe de desarrollar un par interno que supere al par resistente de la carga, de lo contrario permanecerá en reposo, por su parte la intensidad de inducido puede alcanzar un valor lo suficientemente elevado como para dañarlo. Así si se produce un arranque directo (aplicando la tensión nominal) en un motor de corriente continua, la intensidad de inducido alcanza un valor excesivamente grande ya que en el momento del arranque la f.e.m. interna E=k1.n.ф es nula por ser n=0 (dónde k1 es la constante que depende del nº de conductores, nº de ramas en paralelo respecto a las escobillas, nº de pares de polos, k1=N.p/(30.α)). El valor de la intensidad de inducido será: Ii=Ub/Ri
Generalmente el valor de Ri suele ser pequeño, por lo que la Ii, toma un valor que puede estar comprendido entre 20 y 30 veces el valor de la intensidad nominal del motor. Este valor tan elevado de la intensidad da lugar a una serie de efectos eléctricos y mecánicos perjudiciales como son: Actuación de los elementos de protección. Deterioro en el inducido del motor, debido tanto a los esfuerzos electrodinámicos a los que quedan sometidos los devanados, como a los calentamientos producidos los cuales podrían quemar el motor. Averías en el colector y las escobillas producidas por un fuerte chisporroteo. Rotura del eje del motor debido al choque mecánico. Sobrecarga de la línea que lo alimenta, con perturbaciones de tensión para los demás consumidores conectados a la misma red. La producción de perturbaciones en la red eléctrica está limitada por el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión.
Este reglamento establece la obligatoriedad de proveer a los motores de más de 0.75kW de algún sistema que limite la intensidad de arranque a un cierto múltiplo de la intensidad de plena carga según la siguiente tabla. Potencia del motor De 0.75 a 1.5 kW Constante máxima de proporcionalidad entre la intensidad de la corriente de arranque y la de plena carga 2.5
De 1.5 a 5 kW De más de 5 kW
Por tanto para evitar los efectos anteriores es preciso limitar la corriente del inducido en el momento del arranque. El valor mínimo de la intensidad vendrá dado en función del par resistente de la carga accionada por la máquina. En el momento del arranque, el par motor debe ser superior al valor del par resistente total, es decir la suma del par resistente que ofrezca la carga más el par pasivo del propio motor. Cuanto mayor sea la diferencia, mayor será la aceleración del motor y la máquina tardará menos tiempo en alcanzar la velocidad de funcionamiento (velocidad nominal). Por lo tanto, en general, el valor de la intensidad de arranque, deberá ser superior al valor de la intensidad nominal del motor pero inferior al a de arranque directo. Existen dos procedimientos para conseguir limitar la corriente de arranque. A la vista de la ecuación que determina la intensidad de arranque: Ia=Ub/Ri Se observa que, tanto si se aumenta el valor de la resistencia del inducido, como si se disminuye el valor de la tensión de alimentación Ub, se consigue disminuir el valor de la intensidad de arranque Ia. Para aumentar el valor de la resistencia del circuito del inducido, se coloca una resistencia variable (reostato de arranque) en serie con él. El valor de esta resistencia vendrá determinado por la máxima intensidad de arranque permitida para el motor considerado y por la mínima intensidad necesaria para vencer el par resistente. Esquema de conexiones de un motor de c.c. excitación derivación con reóstato de arranque Ra y reóstato de excitación Re. Según el motor va ganando velocidad, la f.e.m. interna va aumentando, y por lo tanto la intensidad disminuyendo. Si se mantiene conectado el reóstato de arranque, el valor de la intensidad queda limitado a:
Esto puede dar lugar a que el motor no desarrolle el par suficiente como para alcanzar su velocidad nominal. Por lo tanto, es preciso dotar a la máquina de algún sistema que permita que en el momento del arranque, el valor del reóstato de arranque sea máximo, y que vaya
disminuyendo a medida que el motor aumenta su velocidad, hasta anularse permitiendo así que alcance la velocidad nominal. Estos sistemas se conocen con el nombre de arrancadores, y pueden ser manuales o automáticos. A título de ejemplo, se representan las características de velocidad y mecánica de un motor derivación compensado con un arrancador de este tipo con lo que se obtienen las gráficas siguientes:
Según se ha visto, la pendiente en estas gráficas viene determinada por la resistencia de inducido, por lo que inicialmente la característica de velocidad vendría representada por la recta (A). Si en el momento del arranque, el par motor supera al par resistente total (el de la carga más el par pasivo), el motor ganará velocidad con una aceleración que dependerá de la diferencia de valor entre el par motor y el resistente (par acelerante). Al ir aumentando la velocidad del motor y su f.e.m. interna, disminuye la intensidad Ii y en consecuencia el par motor, al llegar a un valor prefijado (p.ej. el señalado con 1, correspondiente a un valor de intensidad de un 10 o un 20 % superior al nominal), se reduce el reóstato de arranque a un valor tal que para esa velocidad, la intensidad de inducido alcance nuevamente el valor máximo (punto 2). A partir de este punto, la velocidad aumentaría según la recta (B), hasta llegar nuevamente al valor fijado de intensidad I1. Repitiendo este proceso para distintos valores del reóstato, se consigue un arranque en el cual la intensidad no supera el valor máximo permitido. En la figura anterior también se observa la variación del par motor en función de la velocidad en el proceso de arranque descrito. Si se representa la variación de la intensidad de inducido en función del tiempo se obtiene una gráfica como la indicada a continuación:
quedando el brazo retenido por el electroimán en serie con el devanado de excitación. en la que el motor estaría en condiciones nominales. se coloca el brazo en la posición de arranque. Basándose en la curva descrita de intensidad/tiempo. se desplaza mediante el pomo aislante. se puede construir un arrancador automático como el de la figura siguiente. Se repite el proceso hasta llegar a la posición régimen permanente. en el que los contactores C 1. El brazo. con lo cual su valor será mínimo. se desplaza el brazo a la posición siguiente. En el instante en que el motor deja de acelerar. mientras que la intensidad de excitación Ie tendrá su valor máximo para que el flujo de excitación y por tanto el par de arranque sea máximo (Ma=k2. . C2. R5 a unos contactos de cobre. El dispositivo impide por tanto.Ii. el electroimán dejaría libre el brazo mecánico que retornaría a la posición de origen debido a la acción del muelle.Un ejemplo de este tipo de arrancadores es el manual mostrado en la figura siguiente: Se conectan unas resistencias R1. Al dar alimentación al circuito. que el motor pueda arrancar de forma directa al reponerse la alimentación. con lo cual la Ii será mayor y el motor aumenta su velocidad. la intensidad Ii vendrá limitada por el valor de las resistencias R1…R5. Inicialmente.…. Si por alguna razón el motor perdiera la tensión de alimentación.фo).
a la red de distribución de tensión alterna. pero además de la limitación de la intensidad de arranque permiten realizan otras funciones como pueden ser la regulación de la velocidad y del par proporcionado por la máquina. . R3 y R4 se corresponden con los valores que impiden que al efectuarse el cambio. Estos dispositivos. En la siguiente figura se muestra el esquema de principio de un dispositivo que permitiría regular la intensidad de arranque. resultan bastante más caros que los simples reóstatos. teniendo lugar la regulación de la intensidad de arranque por medio de equipos variadores de tensión a base de grupos convertidores dinámicos o de equipos electrónicos estáticos. el par y la velocidad por medio de un convertidor de tiristores. R2. Las resistencias R1. el valor de la intensidad de inducido sea superior del valor fijado para el arranque. Actualmente. se activan en función de los tiempos 1.C3 y C4. 2. o a través de transformadores. los motores de corriente continua normalmente son alimentados a través de equipos convertidores (rectificadores) conectados directamente. 3 y 4 que tarda el motor en alcanzar la velocidad correspondiente al valor de intensidad de cambio I1.
2. Como ya se ha descrito. 1. Teniendo en cuenta que para un motor de corriente continua: Ub= Ii .Rt+E donde E=K1. Así se puede desear mantener la velocidad constante en el valor n2 cuando la carga accionada sufre variaciones de par resistente (por conexión o desconexión de cargas en el eje). A su vez para el estado de equilibrio. Mantener la velocidad tan próxima como sea posible a un valor previamente fijado. REGULACIÓN DE VELOCIDAD La regulación de la velocidad de una maquina tiene por objetivos: 1. la velocidad de funcionamiento de los motores eléctricos vendrá fijada por la igualdad entre el par motor de la máquina y el par resistente que le ofrezca la carga. o bien al contrario. Variar la velocidad entre límites más o menos amplios de acuerdo a las exigencias del servicio. por tanto para alcanzar una velocidad deseada en la máquina es preciso modificar de alguna manera su característica mecánica de forma que tal equilibrio se produzca en el valor pretendido.Con un sistema de este tipo. la corriente tomada por la máquina está determinada por el valor del par motor a desarrollar que ha de igualar al par resistente. modificar la velocidad entre valores extremos tales como n1 y n3. 2. con una intensidad de arranque limitada a un valor máximo fijado. variando la tensión de alimentación según una rampa se pueden conseguir un proceso de arranque suave como el definido en la figura. independientemente de los factores perturbadores que actúen sobre ella.фu Se llega a la expresión: .n.
ya que éste depende de la corriente de funcionamiento. El incrementar la velocidad a base de aumentar la tensión aplicada tiene como límite el que no se puede sobrepasar en exceso la tensión nominal ya que se produce un funcionamiento defectuoso (problemas de conmutación y mayores esfuerzos dieléctricos sobre los aislantes). reducir la tensión de alimentación que aumentar el flujo. la corriente de inducido puede aumentar por encima del valor nominal. para aumentar la velocidad es preferible reducir el flujo lo cual no supone en principio ningún problema (siempre que tal reducción no sea excesiva y la máquina se quede sin excitación) en este caso el límite está en que para desarrollar un cierto par con un flujo inferior al nominal. en un motor serie. Por lo tanto.ф Según la cual. no se podrá actuar de forma directa sobre el flujo útil de la máquina. La opción de aumentar la resistencia del inducido (conectando una resistencia en serie con él) en general no es muy utilizada debido al aumento de las pérdidas que se producen. en general. la velocidad del motor dependerá del valor de la tensión de alimentación al motor. . En lo que sigue se estudian estos métodos. como la resistencia del circuito del inducido. la cual a su vez viene determinada por la carga accionada Por lo tanto. lo que hace disminuir el rendimiento. para cada tipo de motor se disponen de procedimientos diferentes para regular la velocidad. situación que se debe de evitar. téngase en cuenta que en condiciones nominales se trabaja en la zona del codo de saturación y que para aumentar apreciablemente el flujo es preciso aumentar la corriente de excitación en mucha mayor proporción. De acuerdo a la ecuación anterior se puede observar que es posible hacer aumentar la velocidad aumentando la tensión aplicada o reduciendo el flujo y que para disminuirla se puede reducir la tensión de alimentación o aumentar el flujo. la resistencia total del circuito del inducido y el flujo útil (nótese que no se puede actuar directamente sobre la corriente de inducido ya que ésta dependerá del valor del par a desarrollar y tal como se ha comentado repetidas veces ese valor no lo fija arbitrariamente el motor sino el equilibrio con la carga). Para reducir la velocidad es preferible. se podrá regular la velocidad actuando sobre cualquiera de los parámetros mencionados. Sin embargo. Tanto la tensión aplicada al motor. lo cual conduce a una sobrecarga en el circuito de excitación. se pondrán variar independientemente del tipo de motor considerado. La actuación sobre cada uno de ellos modifica la forma o la posición de la característica mecánica del motor dependiendo además del tipo de excitación utilizado.
la velocidad del motor disminuirá aproximadamente en esa proporción.1.1. El efecto de la variación de la tensión aplicada es el de modificar la velocidad de vacío pasando de n0 a n0’ mientras que se mantiene la pendiente ya que ésta depende de la resistencia de inducido. MOTOR DE EXCITACIÓN INDEPENDIENTE 1. .2. Si un motor de excitación independiente Se varía la tensión de alimentación a la máquina (Ub) sin variar la tensión aplicada al circuito de excitación (Ue).1. Para un valor de intensidad I1. suponiendo que la caída óhmica en la resistencia del inducido de la máquina es despreciable con respecto a la tensión de alimentación.1.2. si se reduce la tensión de alimentación a la mitad. se tendrá según la ecuación: ф La variación de la velocidad en la máquina será aproximadamente proporcional a la variación de tensión en bornes del motor.Variación de la tensión de alimentación al inducido de la máquina. En la figura se representa la característica de velocidad para dos valores de tensión de alimentación Ub (curva1) y Ub’ (curva 2) suponiendo el motor compensado.
1. este procedimiento no se debe emplear para aumentar la velocidad de funcionamiento de la máquina.2. aplicando este método variaciones de velocidad desde cero hasta el valor de funcionamiento nominal.m. Se podría conseguir por tanto.n.La variación de tensión no influye directamente en la característica del par (Ii-M) de la máquina. en la figura se muestran dos características resistentes. Para distintas velocidades de funcionamiento. una de par constante y otra de par lineal con la velocidad. para una misma velocidad de referencia. al ser Eo=k1. 1. Suponiendo el motor compensado. se tendrá que la f. con variaciones de tensión entre cero y Un. interna de la máquina varía en la misma proporción que le flujo de vacío. varía la intensidad de excitación de la máquina y por tanto el flujo inductor de la misma. La velocidad de funcionamiento queda determinada por la igualdad de pares. ya que requiere alimentar a la misma con valores de tensión superiores al nominal pudiéndose dañar el motor.фo y el flujo de excitación no varía. se disminuye la tensión de alimentación del circuito inductor. La corriente tomada en cada caso será la que se precise para producir el par requerido y por lo tanto en general no permanece constante.m.e. ya que M=K2. los estados de funcionamiento vendrían dados por la intersección de tales características con las señaladas con 1 y 2.Variación del flujo inductor Si manteniendo la tensión en bornes del inducido del motor.Ii.фo.2.e. la característica mecánica (n-M) sufrirá una variación de su posición como la indicada en la figura siguiente. será un punto de la recta correspondiente a Ie2 según la siguiente figura: . se insisten una vez más en que la corriente no la decide la máquina sino la carga accionada por ella Como ya se ha dicho. el valor de ésta f. Por lo tanto.
la característica mecánica sufrirá una modificación como la mostrada en la figura (aumenta la velocidad de vacío y disminuye el par de arranque directo): . se obtiene la gráfica siguiente. en la que se observa que la reducción de intensidad de excitación provoca un incremento de la velocidad de la máquina.Ii. para el mismo valor de la intensidad de inducido. para cada valor de intensidad de inducido. Analíticamente. el nuevo par motor de la máquina vendrá dado por la expresión ф ф Por lo tanto.фo. Teniendo en cuenta que M= K2.Si se determina la característica de velocidad de este motor. la variación de la velocidad es inversamente proporcional a la variación de flujo inductor. se tendrá: ф ф ф ф Es decir.
Hay que tener en cuenta que normalmente el valor de excitación nominal se sitúa en la zona del codo de saturación de la máquina. Sin embargo en la zona saturada de la característica. para cada valor de la intensidad de inducido se tendrá: ф ф . En esas condiciones.1. colocando un reóstato de regulación Rr.2. pequeñas variaciones de la corriente de excitación dan origen a grandes variaciones de flujo.3. si se reduce la tensión de excitación y se pasa a trabajar en la zona no saturada de la característica magnética. por lo que se puede conseguir una amplia variación de velocidad. con lo cual. no se podrá conseguir una gran variación de la velocidad del motor por éste método.Variación de la resistencia total del circuito de inducido A la vista de la ecuación: ф ф Si se modifica el valor de la resistencia del circuito del inducido. el aumento de flujo es pequeño aunque el aumento de la corriente de excitación sea grande. 1. sin modificar la tensión de alimentación ni la intensidad de excitación.
y se modificase la tensión de alimentación. por lo que los efectos anteriores se verán entremezclados. que en general no va a permanecer constante. se podría ver modificado el flujo útil ya que éste depende también de la intensidad de inducido.Donde Rt1= Ri+Rr1 y Rt2=Ri+Rr2 corresponden al valor total de la resistencia del inducido para dos valores del reóstato de regulación Rr. el par interno de la máquina presentará la misma variación con la intensidad independientemente del valor de la resistencia total del circuito del inducido. Si por ejemplo. si el motor no estuviese compensado. la alteración de uno de los parámetros influirá en el resto de las variables del motor. el flujo inductor y la resistencia de inducido de la máquina sin que las demás variables resulten modificadas. se ha considerado que se pueden variar independientemente de la tensión. para el valor del reóstato de regulación Rr=0 (curva 1) y para otro valor cualquiera (Rt’=Ri+Rr) (curva 2). por lo que la característica mecánica del motor variará según la figura donde la recta 2 corresponde al valor de resistencia Rt’=Ri+Rr. Si no se modifica el valor del flujo de excitación. se obtienen las gráficas siguientes: Se observa que al aumentar la resistencia del inducido. Esto sólo será posible en motores de excitación independiente compensados. En general. Representando la característica de velocidad del motor. . En los ejemplos anteriores. la variación de la velocidad con la intensidad de inducido de la máquina se hace mayor (la modificación de la resistencia de inducido modifica la pendiente de la característica N-Ii).
1. Si se reduce la tensión a un valor Ub’. se varía también la intensidad de excitación de la máquina. Supóngase que para un valor determinado de resistencia de excitación. (que provocaría una disminución de la velocidad). y por lo tanto el flujo inductor de la misma. una disminución de la tensión de alimentación. .2.2. se producirá una disminución de la intensidad de excitación al valor Ie’ y por lo tanto la tensión de vacío (a esa misma velocidad) tendría un valor Eo’. si se varía la tensión de alimentación. iría acompañada de una reducción de flujo de excitación (que provocaría un aumento de velocidad). Por ejemplo.Ie sea el representado en la figura. el punto de corte entre la característica de vacío del motor Eo (para la velocidad de vacío correspondiente a la tensión nominal no) y la recta Re. La velocidad resultante de esta variación vendrá definida por el efecto que predomine en cada caso. MOTOR DERIVACION En un motor derivación.
y la curva 2. como el flujo útil de la máquina disminuye al disminuir la tensión de alimentación. teniendo en cuenta que M=k2.En la figura se representa la determinación de las característica de velocidad para los nuevos valores Ub’ y Eo’. . el par disminuirá para el mismo valor de intensidad de inducido.фu. En este caso. con lo cual la característica será la representada en la figura. representa la característica de velocidad para la tensión de alimentación Ub. Para determinar la característica del par. para el mismo valor de intensidad de inducido. para la tensión Ub’.Ii. la velocidad se reduce al reducirse la tensión de alimentación. con relación a los valores anteriores La curva 1.
interna resultase ser (a la velocidad de referencia) como la indicada por Eo’ en la figura. al determinar la característica de velocidad de la máquina se observaría que el nuevo valor de la velocidad para el cual la f. con esta variación de tensión de alimentación será la representada en la figura siguiente por la recta 2 en la que se observa que para el mismo valor del par motor la velocidad será menor que si la alimentación fuera Ub. es superior al correspondiente a la tensión Ub para el mismo valor de intensidad de inducido. interna iguala a la tensión en bornes menos la caída de tensión óhmica. Sin embargo. y la variación de la velocidad será mayor cuanto mayor sea el par resistente que ofrezca la carga. la característica mecánica. si la variación de la tensión provocase una variación grande del flujo inductor.e.Por lo tanto.m. y por lo tanto la f.m. .e.
al reducirse el flujo la característica toma la forma indicada por la línea 2 (figura).Si se representa la variación del par motor de la máquina en función de la intensidad. para la nueva tensión de alimentación. .
1.2.2. 1.Determinando la característica mecánica de la máquina a partir de las anteriores se obtiene la gráfica de la figura (2).3. la intensidad de excitación es la propia intensidad de inducido de la máquina. que se puede aumentar la velocidad disminuyendo la tensión de alimentación. es decir.3. la velocidad es superior a la obtenida a la tensión Ub.1. la característica de velocidad (n-Ii) de la máquina resulta modificada según muestra la figura siguiente. MOTOR SERIE En un motor serie. .Variación de la tensión de alimentación Si se reduce la tensión de alimentación al circuito de forma que pase de un valor Ub a Ub’. en la que se observa que para determinados valores de par.
considerando Ie=Ii/2 la característica de velocidad (n-Ii) de la máquina toma la forma indicada como curva 2 en la figura. 1. Por lo tanto.2. la característica mecánica (n-M) de la máquina presenta una variación similar a la obtenida para la característica de velocidad (n-Ii).2. al depender sólo de la intensidad y del valor del flujo que a su vez es una función de la intensidad de inducido. Se observa que para el mismo valor de intensidad de inducido. . Para cada valor de la intensidad de inducido.3. el par motor es independiente de la tensión de alimentación.Variación del flujo inductor Para reducir el valor del flujo de excitación es preciso colocar en paralelo con el devanado de excitación de la máquina un reóstato de campo de forma que: A título de ejemplo. la velocidad que alcanzará la máquina será menor si la tensión de alimentación disminuye.En la que se representan las características de velocidad para dos valores de la tensión de alimentación Ub y Ub’.
A partir de la observación de esta gráfica se deduce que la velocidad aumenta para cualquier valor de la intensidad de excitación de la máquina. La característica del par se verá modificada respecto a la anterior de la forma indicada en la figura. resulta la indicada en la figura observándose que al disminuir el flujo inductor de la máquina. El valor de la velocidad para el mismo valor de intensidad de excitación será menor. suponiendo la característica de vacío linealizada. la característica experimenta una variación similar a la vista en el caso del motor independiente.3.4.ADAPTACIÓN DEL PAR MOTOR AL PAR RESISTENTE .3. y por lo tanto la característica mecánica (n-M) presenta el mismo aspecto que la característica de velocidad (n-Ii). para el mismo valor de par motor la velocidad de funcionamiento es mayor. La característica del par de la máquina (M-Ii) no presenta variación en este caso.2. 1. rotando sobre el punto de intensidad igual a cero. Respecto a la característica mecánica.3. 1.Variación de la resistencia de inducido Al variar el valor total de la resistencia de inducido.2. siendo esta variación más acusada si esa intensidad es menor que la correspondiente al codo de saturación.
una modificación de los valores de resistencia. M3). Como ya se ha visto.Según se ha visto. el estado de funcionamiento del motor vendrá definido por la intersección de la característica mecánica del motor y la característica mecánica del par resistente en cada caso. se pretende conseguir que un motor de excitación independiente mantenga constante su velocidad ante cambios de par resistente como los indicados en la figura siguiente (M1. En esta figura se observa que ante una variación de par resistente (p. Para mantener la misma velocidad. la velocidad del motor será n2 mayor que n1. Se puede determinar cómo deben ser modificadas las variables anteriores para obtener el funcionamiento deseado de la máquina. el nuevo punto de funcionamiento debería ser el B. . el motor pasaría del punto de funcionamiento A al punto B’.ej. Por ejemplo. de M 1 a M2). provoca modificaciones en las curvas características del motor. tensión de alimentación o flujo inductor de la máquina. y por tanto. lo que implica utilizar un procedimiento que permita obtener una velocidad de funcionamiento menor que la anterior. M2.
por lo que se tendría que buscar qué nuevo valor de la tensión de alimentación hace que la característica mecánica Mm2 pase por el punto B con lo que se conseguiría mantener la velocidad constante. En la figura se observan tres formas posibles de conectar cuatro motores serie que actúan sobre el mismo eje. la tensión de . Regulación de velocidad variando el flujo inductor Motor derivación Motor serie 1. la característica mecánica se desplaza paralelamente a sí misma.1. dependiendo de la variación sufrida por el par resistente. Regulación mediante la tensión de alimentación Un caso particular en tracción eléctrica es el de varios motores conectados sobre el mismo eje. y el tipo de motor.3.3.EJEMPLO DE PROCEDIMIENTOS DESCRITOS: 1. se pueden conseguir varias velocidades sin más que cambiar la conexión entre las máquinas.3. Por lo tanto. Según la conexión realizada.2.Si se reduce la tensión de alimentación del motor. 1. se tendrá que utilizar en cada momento el procedimiento que dé lugar a la variación de velocidad deseada.
. Regulación de velocidad de 4 motores serie acoplados a un mismo sistema mecánico o modificación del conexionado. Derecha: Conexión paralelo: velocidad máxima 1.3.c. El objetivo de este grupo es variar de forma continua la velocidad de un motor para lo cual se utilizan dos de los procedimientos anteriores. Grupo Ward-Leonard El grupo Ward-Leonard es un convertidor formado por un motor de c. por una parte se alimenta con una tensión continua y regulable su inducido desde la dínamo. y por lo tanto también lo será su velocidad de funcionamiento.alimentación a cada motor será diferente.3.generador de c. de la misma potencia que le motor cuya velocidad se pretende regular. Izquierda: Conexión serie: velocidad mínima Centro: Conexión serie-paralelo: velocidad media.a. por otra parte también se puede actuar sobre el circuito de excitación del motor cuya velocidad se pretende regular.
controlada y exacta. los equipos reguladores de velocidad para los motores eléctricos se basan en convertidores estáticos que permiten alimentar al motor con una tensión continua regulable de forma más económica. el papel jugado por las máquinas de c.Siguiendo el esquema de la figura. es decir. se consigue variar la tensión de salida del mismo. Si la f. . la tensión de alimentación del motor. se aumentaría el valor del reóstato de campo del motor. permitiendo variar la velocidad de éste. Para conseguir velocidades superiores a la nominal del motor. reduciendo en su intensidad de excitación. si se varía el reóstato del circuito de excitación del generador.c. Transitoriamente. interna del motor se hace superior a la tensión aplicada esta máquina pasa a funcionar como generador mientras que la dínamo funciona como motor. se puede invertir.m.e. Actualmente.
la cual consiste en modificar el ancho del pulso dejando la frecuencia intacta.4. el cual indicara el nivel de modulación. PWM Descripción El PWM. Diagrama Esquemático Materiales 1 LED 1 Resistencia de 220 Ohms 2 Push Button 2 Resistencias de 10Kohms1 Microcontrolador ATmega8 Programador USBasp V3. el programa aceptara dos entradas.3. que son los Push Buttons conectados al microcontrolador. a más ancho el pulso mas ciclo de trabajo y el LED se iluminara con mayor intensidad.Frecuentemente. se intenta controlar un motor DC mediante una resistencia variable conectada a un transistor. Para ello se puede eliminar ese problema controlando la velocidad de un motor DC mediante la modulación por ancho de pulso (PWM) o mediante la modulación de frecuencia de pulso (PFM).0 . mayor es la velocidad del motor y viceversa 1. Cuando más ancho es el pulso. o modulación por ancho de pulso. que es el LED. genera gran cantidad de calor y pérdidas de potencia. Si bien este sistema funciona. y tendrá una salida.
La principal ventaja de un circuito de PWM sobre un controlador que se base en la variación lineal de la potencia suministrada a una carga mediante cambio resistivo es la . la frecuencia también. en este caso representado por una señal cuadrada. Un circuito PWM arroja como resultado una onda cuadrada con ciclo variable de ON y Off. una cantidad variable de potencia es transferida a la carga. en este caso el voltaje promedio es mayor conforme aumenta el ciclo de trabajo. es controlar la cantidad de energía. De esta manera. solamente cambia el ciclo de trabajo. que el periodo de la señal permanece fijo. variando en el tiempo del 0 al 100 %. en la primera se observa que el ciclo de trabajo es de aproximadamente 50% lo cual nos indica que es el porcentaje de voltaje promedio entregado a la carga. es cuando se modifica el ciclo de trabajo o el ancho del pulso de una señal periódica. En la imagen anterior se puede observar. uno de los usos del PWM entre muchos otros.La modulación por ancho de pulso o PWM (Pulse-Width Modulation). de una señal. por lo tanto.
El diodo D1 evita que la corriente generada por el motor cuando está girando sin alimentación. de un 50% de potencia que se quiera transferir a la carga se estima que le puede llegar cerca de un 71%. capaz de manejar picos de hasta 50A. A una señal de control del 50%. Para este circuito. Lo hemos probado con motores de 12V/3A y funciona sin Calentarse. Un diagrama de ejemplo de la utilización de la modulación de ancho de pulsos en un variador de frecuencia empleando un CI NE555 sería el siguiente: Actuando sobre el potenciometro R2 se modifica la tensión presente en el pin 2 del CI NE555. T es de tamaño fijo. aún sin el uso de disipador de calor. El otro 21% se pierde en forma de calor. lo único que se hace al rotar R2 es cambiar el tiempo en estado alto (Tm) y el tiempo en estado bajo (Ts).eficiencia. de entre 6V y 12V. de la cual casi tosa será transferida a la carga. El RFI puede minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y utilizando un filtrado de la fuente de alimentación. La principal desventaja de los circuitos de PWM es la posibilidad de que exista interferencia por radiofrecuencia (RFI). Este circuito se aplica perfectamente a pequeños motores de corriente continua. con su consumo de corriente no mayor a 300mA. Para motores más grandes. lo cual produce un cambio en el tiempo de disparo. se debe sustituir el transistor Q1 por uno de Tecnología MOSFET. El circuito para este tipo de motores sería el siguiente: . Este circuito posee una pequeña protección contra RFI y produce una mínima interferencia. destruya el transistor Q1. el PWM usará cerca del 50% de la potencia total. En un controlador tipo resistivo.
es decir. De este modo se obtienen resultados parecidos pero el hardware se complica.5.El PWM se puede utilizar en varias cosas. como el control de la velocidad de motores de DC. entre otras cosas más. PFM El sistema PFM utiliza el planteamiento contrario. . mantener constante el ancho de pulso y variar la frecuencia entre ellos.3. fuentes conmutadas. la posición de un servomotor. 1.
3. El servomotor necesita. no se puede tener un control ajustado sobre la carga. El bobinado del motor de corriente continua brushless.1. son sistemas más económicos que los sistemas de bucle cerrado. Bucle o lazo abierto Si no se tiene un sensor asociado al servomotor. si se tiene por ejemplo una cinta transportadora donde la carga oscila. La etapa de control y potencia difiere totalmente de un servomotor de escobillas.3. esta electrónica de control para su funcionamiento. Se pueden alcanzar caídas de velocidad. etc… Estudiando las necesidades de precisión. La conmutación secuencial de estas bobinas se basa en las señales de la posición del rotor. velocidad. se basa en la agrupación de tres bobinas. colocadas eléctricamente a 120º para generar el campo magnético giratorio del motor. se debe seleccionar qué tipo de control se necesita: bucle abierto o bucle cerrado y qué modo de funcionamiento debe tener. el motor reducirá / aumentará su velocidad sin mantener una velocidad constante estable. 1.1. posición. par. se pueden alcanzar pares más elevados en el arranque.6. con menos componentes y menos cableado. uno o cuatro cuadrantes (1 Q o 4 Q).Tipos de control El objeto es conseguir un actuador mecánico que integre los suficientes elementos de control para poder modificar los parámetros de su actuación mecánica.6. generadas por los sensores Hall. obligatoriamente. Por el contrario. el funcionamiento del servomotor es más suave y el par en funcionamiento en continuo es mayor. importantes. aunque exista una señal de consigna que marque un punto de trabajo fijo de velocidad. REGULACIÓN DE VELOCIDAD EN LOS MOTORES BRUSHLESS DC. y si la conmutación es senoidal. Así. Si la conmutación de estas bobinas se realiza por una electrónica de conmutación en bloque. .
6.  Control de Posición Para controlar exactamente una posición dada. Por ejemplo. En algunas ocasiones se usa un encoder adicional en la carga para posicionamiento muy preciso evitando las holguras en la . de muy baja constante de tiempo mecánica. si lo se trata de desplazar manualmente. Típico uso en robótica y muchos tipos de máquinas y equipos de laboratorio. En aplicaciones dinámicas se aconseja la utilización de servomotores de bobinados sin hierro (servomotores ironless).3. El sistema se autocorrige si la posición medida difiere de la posición requerida. Ejemplo de una cinta transportadora con diferentes cargas: al aumentar la carga. con un atornillador eléctrico. precisión y fiabilidad en el control de las siguientes variables. el servomotor reacciona muy bien a las señales del amplificador.Bucle o lazo cerrado Dada una señal de consigna.  Control de Corriente Entrega en el servomotor un par proporcional a la señal de control.SENSORES ENCODER El encoder va acoplado al eje trasero del motor. proporcional a una señal de control (señal de consigna). el sistema detecta una bajada de velocidad y la compensa inmediatamente manteniendo el valor de consigna o deseado. Esto se traduce en un gran dinamismo tanto en aceleraciones como frenadas. El sistema requiere más cableado. 1.2. pero entrega unas prestaciones muy superiores en cuanto a la calidad de la regulación. y es más costoso. Al tener el rotor una inercia muy baja. Modo de funcionamiento  Control de Velocidad Mantiene una velocidad estable independiente de la carga. el sistema reacciona con rapidez. Incluso cuando se alcanza la posición y el servomotor está parado. el sistema reacciona y vuelve a la posición requerida. el control de corriente nos permite controlar la fuerza (par de apriete) con la que se atornilla.
se pueden transmitir las señales a más de 30 metros sin cable apantallado.000 pulsos por vuelta (ppv). Las holguras son necesarias para el rendimiento y el funcionamiento suave de los engranajes. un servomotor con reductora . se puede utilizar un encoder absoluto que memoriza la posición. El desfase de 90º entre las señales del canal A y B permite determinar el sentido de giro del servomotor. Se recomiendan los encoders magnéticos en lugares donde exista mucha polución ambiental. El encoder más usado habitualmente es el encoder tipo óptico incremental de 500 pulsos / vuelta. es el tipo más utilizado en la industria. se suman o restan los pulsos del encoder para determinar la posición del accionamiento. Dependiendo del entorno de las interferencias eléctricas. Por ejemplo. Hoy día.000 pulsos por vuelta en el eje de la reductora. al inicializarse la máquina. el sistema hace una búsqueda del cero o Home. Este problema sólo es evidente en tareas de . tendríamos una resolución de 118. Hay que tener en cuenta la trasmisión. Normalmente. En este caso no es necesario hacer una búsqueda de cero. En caso necesario. Holguras en la trasmisión Aunque se consiga una resolución o precisión muy alta. El canal Index se utiliza para tareas de búsqueda de cero (home. existiendo otras tecnologías como los encoders magnéticos. En este caso. al iniciar la máquina. Esto se traduce en una precisión de poco más de 5’ (minutos de arco). con una reducción de 236 a uno. ésta puede ser anulada por la holgura de la reductora y otros elementos de la transmisión. la señal de salida del encoder es una onda cuadrada digital tipo TTL (0 V = 0 y 5 V = 1) la cual se procesa para la cuenta de pulsos (velocidad o posicionamiento de precisión). En encoders incrementales ópticos para motores pequeños es difícil conseguir resoluciones por encima de los 1. la holgura del sistema puede ser de 2º. Resolución de encoder Un punto importante es elegir la resolución del encoder. incluso en ausencia de corriente. homing) en posicionamiento. la resolución del encoder de 500 pulsos se ve multiplicada por la reducción. Encoder incremental y encoder absoluto Con el encoder incremental. El encoder con line driver genera señales complementarias en cada canal para eliminar posibles interferencias eléctricas que reciban los cables. Por ejemplo. A partir de ahí.transmisión entre el servomotor y la carga.
como por ejemplo ventiladores y bombas. SENSOR DE EFECTO HALL (o sonda Hall ) Solo para motores brushless DC. Principalmente.posicionamiento muy preciso. Así por ejemplo un motor brushless de dos polos con 3 sensores hall (a 120º). pero requieren de un equipo especial del tratamiento de su señal. cuando se invierte el sentido de giro. mediante un disco magnético acoplado al eje del servomotor podemos sensar la posición del rotor. minimizar por software el efecto de la holgura en la inversión de giro o utilizar un servomotor directo acoplado a la carga. si se está posicionado en el mismo sentido de giro. Es decir. se pueden accionar los motores brushless sin sensores Hall para determinadas aplicaciones muy sencillas. Una tensión variable del bobinado primario es transmitida a los bobinados secundarios generando ondas sen α y cos α. pudiendo transmitir sus señales a largas distancias. Efecto Hall: Cuando fluye una corriente a través de un sensor Hall y este se aproxima a un campo magnético perpendicular. el problema es que el arranque del servomotor es un poco brusco. Sin sensores Hall. Algunas veces se utilizan los sensores Hall para aplicaciones de posicionamiento de baja resolución. Si se tiene una reductora acoplada al servomotor esta resolución se multiplica. no hay mucho problema de repetibilidad. RESOLVERS El resolver tiene una bobina primaria giratoria (rotor) y dos bobinados secundarios desfasados 90º (estator). Gracias a este principio. estos sensores se usan para que la electrónica pueda conmutar las tres bobinas del motor de acuerdo a la posición de los polos del imán del rotor. tiene una resolución en posición de 6 pulsos por vuelta ( 60 º de conmutación). una reductora de holgura reducida (la holgura cero no existe). En caso de los servomotores multipolares esta resolución aumenta. Se utiliza para el control de velocidad y posicionamiento. TACODINAMOS . entonces se crea un voltaje saliente proporcional al producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente. Como solución a estos casos se puede poner un encoder adicional en la carga. La holgura se hace evidente solo cuando se invierte el sentido de giro. Ocasionalmente.
Se utiliza para el control de velocidad.000 rpm. han sido prácticamente sustituidas por el encoder. La desventaja es que al tener escobillas están sujetas a desgaste. .5 V por cada 1. pero no para posicionamiento. Por ejemplo 0.La tacodinamo proporciona una señal analógica de tensión proporcional a la velocidad de rotación del motor CC. Es importante en estos equipos la linealidad de su diagrama. El sentido de giro se identifica por la polaridad de la tensión que suministra. Por este motivo y por la falta de información de posición.
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