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