Motores de corriente continua (primera parte)
Circuito básico de la conexión en derivación o paralelo de un motor de corriente contínua
Conexión "derivación o paralelo"
La resistencia de arranque es pequeña pero grande con respecto a Rᵢ
Arranca en M con resistencia de arranque y luego se disminuye hasta llegar a R.
R: Rotor
L: Line
M: Magnet
E = K·Φ·n ⟶ fcem
V = K·Φ·n + I·R
R: resistencia del circuito [Ω].
Rexc > Rᵢ
Rarr > Rᵢ
Rarr < R
Ejemplo:
Rᵢ = 5 Ω
Rarr = 20 Ω
Rexc = 1.500 Ω
La corriente de excitación es grande porque n es alto.
Precauciones:
No se debe disminuir demasiado el flujo, lo que implica que no se debe abrir el circuito de excitación, esto haría que aumente n.
| n = | V - I·Rᵢ |
| K·Φ |
Por el contrario, si se quiere frenar la máquina se debe aumentar el flujo para que corte menos líneas de campo por unidad de tiempo.
Características a analizar en la conexión derivación o paralelo:
1) Velocidad ⟶ n = f(I)
2) Cupla ⟶ T = f(I)
3) Mecánica ⟶ n = f(T)
1. Velocidad
La velocidad es del tipo dura (rígida) es decir que varía muy poco.
Como se trabaja con la tensión de la red, el flujo es prácticamente constante, pero puede variar si se varia la corriente, si la corriente aumenta varían dos términos
1) Rᵢ·I aumenta ⇒ n disminuye
2) Φ disminuye por reacción del inducido
Por lo tanto n ≈ constante
Gráfico de la velocidad en función de la corriente
2. Cupla
Como el flujo es prácticamente constante la cupla es proporcional a la corriente.
A medida que aumenta la corriente disminuye el flujo por reacción del inducido y la cupla pierde un poco de proporcionalidad.
T = K·Φ·I
Gráfico de la cupla en función de la corriente
3. Mecánica
A medida que aumenta el par disminuye n por una proporcional al par.
El motor es de velocidad prácticamente constante en función de la carga, lo que implica que es difícil modificarle la velocidad.
n = V/K·Φ - Rᵢ·T/K²·Φ² ≡ n = k₁ - k₂·T
Gráfico de la velocidad en función de la cupla
Formas de variar la velocidad
1) Variando la tensión: no se usa porque se trabaja con la tensión de re
2) Modificando la resistencia interna: no conviene porque pasa toda la corriente y hay mucha disipación
3) Variar el campo: se logra con pequeñas modificaciones de la resistencia de excitación
Conexión "serie"
La conexión en serie implica que la corriente es la misma en todo el circuito.
Características a analizar en la conexión serie:
1) Velocidad ⟶ n = f(I)
2) Cupla ⟶ T = f(I)
3) Mecánica ⟶ n = f(T)
1. Velocidad
El flujo es proporcional a la corriente.
Φ = K·I
| n = | V - I·Rᵢ |
| K·Φ |
| n = | V | - | I·Rᵢ |
| K·Φ | K·Φ |
| n = | V | - | I·Rᵢ |
| K·K·I | K·K·I |
| n = | V | - | Rᵢ |
| K²·I | K² |
| n = | V | - k |
| K²·I |
Circuito básico de la conexión en serie de un motor de corriente contínua
La velocidad n es inversamente proporcional a la corriente.
Si n ⟶ 0:
| 0 = | V | - k |
| K²·I |
| k = | V |
| K²·I |
| I = | V |
| K²·k |
I ⟶ ∞ ⇒ Icc
Si I ⟶ 0:
| n = | V | - k |
| K²·I |
| V | ⟶ ∞ |
| K²·I |
k es despreciable
n ⟶ ∞
Gráfico de la velocidad en función de la corriente
Este motor es muy sensible al cambio de corriente en vacío, por la poca corriente que toma corre el riesgo de sobrevueltas.
Debe estar directamente acoplado a la carga (sin acoplamientos intermedios, sin poleas ni manchones).
Por otra parte con un número pequeño de vueltas aumenta excesivamente la corriente y sobrecalentarse.
2. Cupla
Como:
T = K·Φ·I
Y
Φ = K·I
T = K²·I²
La cupla es proporcional al cuadrado de la corriente.
Gráfico de la cupla en función de la corriente
3. Mecánica
De las ecuaciones vistas anteriormente:
| n = | V | - k (1) |
| K²·I |
T = K²·I² (2)
De (2):
| I = | √T |
| K |
Reemplazando en (1):
| n = | V | - k | |
| K²· | √T | ||
| K | |||
| n = | V | - k |
| K·√T |
Gráfico de la velocidad en función de la cupla
Esta es la característica más importante de este motor.
Cuando no hay resistencia (par pequeño) el motor se puede embalar, no debe trabajar en vacío.
El motor tiene el máximo par en el momento del arranque.
Si la carga es mucha el motor se puede parar.
Usos
Este motor se utiliza en la tracción eléctrica, es el de mayor par en el momento del arranque (trenes, subtes, puentes grúa, etc).
Generalmente arranca en conexión serie (máximo par) y luego se lo conmuta a derivación para tener velocidad constante.
Resumen comparativo Serie - Derivación
Gráfico comparativo de la velocidad en función de la corriente entre las conexiones serie y derivación
Gráfico comparativo de la cupla en función de la corriente entre las conexiones serie y derivación
Gráfico de la velocidad en función de la cupla entre las conexiones serie y derivación
Motor Compound
Con característica intermedias de los anteriores.
Puede ser:
Aditivo: flujos coincidentes, se suman.
Sustractivos: flujos opuestos, se restan.
Muy utilizado para controlar la velocidad, se lo puede utiliza como motor o como freno.
En un tren en movimiento, se desconecta la excitación y se lo conecta a una caja de resistencias, al estar girando se comporta como generador, por lo que aparece una fuerza igual y contraria que tiende a frenarlo, finalmente se utiliza el freno mecánico.
Circuito básico de la conexión de un motor compound
Autor: Ricardo Santiago Netto. Argentina