Fundamentos y Control de Velocidad en Motores de Corriente Continua (DC)

Conceptos Clave sobre Motores de Corriente Continua (DC)

1. ¿En qué consiste la regulación de velocidad de un motor DC?

La regulación de velocidad consiste en el ajuste de la velocidad que se ve alterada por las variaciones de la carga. Esta regulación puede ser clasificada como negativa o positiva.

• Regulación Negativa: Ocurre cuando la velocidad disminuye al aumentar la carga (comportamiento típico).
• Regulación Positiva: Ocurre cuando la velocidad disminuye con el aumento de la carga. (Nota: La regulación positiva estricta, donde la velocidad aumenta con la carga, indica inestabilidad).

2. ¿Cómo puede ser controlada la velocidad de un motor DC en derivación? Explique en detalle.

La regulación de velocidad en un motor DC en derivación (shunt) se logra mediante el control de los siguientes parámetros:

1. Ajuste del Voltaje de los Bornes: Variando el voltaje aplicado al inducido.
2. Control de la Corriente de Excitación (Flujo de Campo): Variando la resistencia en serie con el devanado de campo.
3. Uso de una Resistencia Variable en el Inducido: Insertando una resistencia en serie con el circuito del inducido.

3. ¿Cuál es la diferencia práctica entre un motor DC de excitación separada y uno en derivación?

La diferencia fundamental radica en la fuente de alimentación del circuito de campo:

• Un motor DC con excitación separada es aquel cuyo circuito de campo es alimentado por una fuente de potencia separada de voltaje constante.
• Un motor DC en derivación (shunt) es aquel cuyo circuito de campo obtiene su potencia directamente de los terminales del inducido del motor.

4. ¿Qué efecto tiene la reacción del inducido sobre la característica par-velocidad de un motor DC en derivación? ¿Pueden ser graves los efectos? ¿Cómo se soluciona este problema?

El efecto de la reacción del inducido en un motor DC de derivación afecta gravemente la característica par-velocidad, ya que el flujo se reduce a medida que aumenta la carga en el eje del motor. Esta reducción del flujo puede llevar a un aumento indeseado de la velocidad.

Los efectos pueden ser graves, afectando la conmutación y la estabilidad. Este problema se soluciona mediante la implementación de devanados de compensación, que contrarrestan el campo magnético del inducido, permitiendo que el flujo principal permanezca constante.

5. ¿Cuál es la característica deseable de los imanes permanentes en las máquinas PMDC?

Los motores PMDC (Permanent Magnet DC) no permiten controlar el flujo magnético a través del devanado de campo debido a sus imanes permanentes. Por ello, los imanes deben poseer características magnéticas óptimas, específicamente:

• La mayor densidad de flujo residual posible.
• La mayor intensidad de magnetización coercitiva posible.

6. ¿Cuáles son las principales características de un motor DC serie? ¿Cuáles son sus usos?

El motor DC en serie es un motor cuyo devanado de campo consta de relativamente pocas vueltas y está conectado en serie con el circuito del inducido. En este tipo de motor, la corriente de campo y la corriente de línea son iguales.

Características principales:

• El flujo es directamente proporcional a la corriente del inducido.
• Presenta un par (torque) de arranque muy alto.
• Su velocidad es inversamente proporcional a la carga (a mayor carga, menor velocidad).
• Tiende a embalarse (alcanzar velocidades destructivas) si opera sin carga.

Usos:

Se utiliza en aplicaciones que requieren pares muy altos, como grúas, locomotoras, y para arrastrar carros, aprovechando su característica par-velocidad.

7. ¿Cuáles son las características de un motor DC compuesto acumulativo?

El motor compuesto acumulativo combina las mejores cualidades de un motor en serie y un motor en derivación. Sus características principales son:

• Posee un par de arranque mayor que el motor en derivación.
• Es muy importante destacar que no se desboca en vacío (a diferencia del motor serie).
• Posee una componente de flujo que es constante (derivación) y otra componente que es proporcional a la corriente del inducido (serie).
• Cuenta con un par extra para su arranque.

8. ¿Cuáles son los problemas asociados a un motor DC compuesto diferencial?

El motor compuesto diferencial es inherentemente inestable debido a que el flujo serie se resta del flujo en derivación. Los problemas principales son:

• Inestabilidad: Al aumentar la carga, el flujo neto en el motor disminuye y la velocidad aumenta, lo que lo hace inestable y propenso al embalamiento.
• Dificultad de Arranque: Es casi imposible arrancar este motor debido a que las corrientes son muy grandes y el flujo neto es muy bajo o nulo.
• Inversión de Polaridad: El campo serie puede invertir la polaridad magnética de los polos de la máquina.

9. ¿Qué ocurre en un motor DC en derivación si su circuito de campo se abre mientras está rotando?

Si el circuito de campo se abre mientras el motor está rotando, el flujo magnético se reduce drásticamente (solo queda el magnetismo remanente). Dado que la velocidad es inversamente proporcional al flujo, esto provoca que la velocidad aumente peligrosamente, llevando al fenómeno de embalamiento o runaway, lo que puede ser destructivo para la máquina.

10. ¿Por qué se utiliza una resistencia de arranque en circuitos de motores DC?

Se utiliza una resistencia de arranque en serie con el inducido para restringir el flujo de corriente. Esto es necesario porque la corriente de arranque (o corriente de cortocircuito) es inicialmente muy alta, debido a que la fuerza contraelectromotriz (FEM) es cero al inicio. Si no se restringe, esta corriente excesiva podría dañar gravemente el devanado del inducido.