Motores Eléctricos: Soluciones Técnicas, Control y Aplicaciones Industriales

Motores de Corriente Continua y Aplicaciones

¿Qué tipo de excitación para el motor de corriente continua sería la mejor solución para un elevado par de arranque?

La mejor solución es un motor de corriente continua con excitación serie. En este motor, el devanado de campo y el inducido están en serie, por lo que circula la misma corriente por ambos. En el arranque, la corriente es elevada porque la fuerza contraelectromotriz es casi nula. Como el flujo aumenta con la corriente, el motor produce un par de arranque muy alto.

¿Cuál es el principal inconveniente de trabajar con el motor de CC con excitación independiente?

El principal inconveniente es que necesita dos alimentaciones independientes: una para el inducido y otra para el devanado de excitación. Esto hace que la instalación y el control sean más complejos que en otros motores de corriente continua.

En aplicaciones de control de posición, ¿qué tipo de motores utilizarías?

Utilizaría motores paso a paso, porque permiten controlar la posición mediante impulsos eléctricos. Cada impulso hace avanzar el rotor un ángulo fijo, por lo que se puede conocer y controlar la posición sin necesidad de un sistema complejo.

Indica dos aplicaciones donde los motores síncronos de gran potencia tienen grandes ventajas frente a otro tipo de motores.

Dos aplicaciones típicas son trituradoras de minerales y grandes compresores industriales. En estas aplicaciones se usan motores síncronos porque:

• Trabajan bien a gran potencia y baja velocidad.
• Pueden dar un alto par.
• Suelen ser más compactos que los asíncronos para la misma potencia.
• Permiten mejorar el factor de potencia regulando la excitación.

¿Qué diferencia hay entre un motor síncrono de imanes permanentes (PMSM) y un motor Brushless (BLDC)?

La diferencia principal está en el tipo de flujo y bobinado del estator. El PMSM tiene un bobinado distribuido y genera un flujo sinusoidal. El BLDC suele tener bobinado concentrado y genera una fuerza electromotriz trapezoidal, por lo que necesita conmutación electrónica.

¿A qué es debido que un motor síncrono de reluctancia variable tenga menos pérdidas que un motor de inducción?

Tiene menos pérdidas porque en el rotor no circula corriente, por lo que se eliminan las pérdidas Joule del rotor. La principal diferencia es que el motor de reluctancia genera par por la tendencia del rotor a alinearse con el campo magnético, mientras que el motor de inducción genera par por corrientes inducidas en el rotor. El principal inconveniente del motor de inducción clásico es que necesita deslizamiento para producir par, lo que provoca pérdidas en el rotor y menor rendimiento.

Indica dos técnicas utilizadas para arrancar los motores síncronos de gran potencia.

1. Devanado amortiguador: Se utiliza una jaula de ardilla en el rotor que permite que el motor arranque como si fuera un motor de inducción. Cuando se acerca a la velocidad de sincronismo, se conecta la excitación continua del rotor.
2. Motor auxiliar: Se usa un motor externo para llevar el rotor hasta la velocidad síncrona. Una vez alcanzada, se conecta la excitación del rotor y el motor queda acoplado al campo giratorio del estator.

Laboratorio y Control de Motores

¿Cuántas protecciones térmicas son necesarias para un motor Dahlander si se quiere proteger correctamente?

Se necesitan dos protecciones térmicas, una para cada velocidad. Un motor Dahlander puede trabajar a dos velocidades distintas y en cada régimen circula una intensidad diferente. Por eso, cada velocidad debe tener su protección térmica ajustada a su corriente nominal.

¿Qué ventajas tiene arrancar un motor de inducción con un variador de velocidad frente a un arrancador suave?

El variador de velocidad permite controlar tanto la frecuencia como la tensión, por lo que puede regular la velocidad, el par y la corriente durante el arranque y también durante el funcionamiento. En cambio, el arrancador suave solo reduce la tensión en el arranque y la parada, pero no permite controlar la velocidad una vez el motor está en marcha. El principal inconveniente del variador es que es más caro y complejo de configurar.

¿Cómo conectarías un motor al variador de frecuencia?

Conecta la alimentación trifásica a la entrada del variador, el motor a la salida (T1-T2-T3) y las señales de mando a las entradas digitales. La referencia de velocidad puede venir de una entrada analógica, por ejemplo, mediante un potenciómetro. Si hay frenadas importantes, se puede conectar una resistencia de freno al bus de continua.

¿Qué mejoramos en el comportamiento de un motor asíncrono si elegimos el modo de control vectorial en lugar del escalar?

Con el control vectorial se mejora el control del par y la velocidad, porque el variador controla de forma separada el flujo y el par del motor. Esto permite una respuesta más rápida, mejor precisión y mejor comportamiento a bajas velocidades o con cargas variables.

Un motor de inducción controlado por un variador debe actuar como freno. ¿Qué aspectos debemos tener en cuenta?

Cuando el motor frena, puede trabajar como generador y devolver energía al variador. Esta energía eleva la tensión del bus de continua, por lo que hay que evitar una sobretensión. Dos alternativas son:

• Frenado con resistencia: La energía se disipa en forma de calor mediante una resistencia conectada al bus de continua.
• Frenado regenerativo: La energía se devuelve a la red eléctrica.

¿Qué se puede controlar con un motor paso a paso?

Se puede controlar principalmente la posición, la velocidad y el sentido de giro. La posición se controla con el número de impulsos, la velocidad variando la frecuencia de estos, y el sentido cambiando el orden de alimentación de las fases.

Identificación de motor

Es un motor asíncrono trifásico Dahlander (dos velocidades). Se reconoce porque en la placa aparecen dos velocidades, dos potencias y dos intensidades, y porque la designación indica 8/4 polos.

Modos de trabajo del motor paso a paso

• Paso simple: Se alimenta una sola fase; menor consumo y par.
• Paso doble: Se alimentan dos fases a la vez; aumenta el par y el consumo.
• Medio paso: Se alterna entre una y dos fases; mayor resolución y movimiento más suave.

Constantes eléctrica y mecánica en régimen dinámico

La constante eléctrica depende de la inductancia y resistencia del inducido. La constante mecánica depende de la inercia total y el rozamiento. Normalmente, la constante eléctrica es mucho menor que la mecánica, lo cual es ventajoso para el control, ya que la corriente y el par responden más rápido que la velocidad, permitiendo un control más estable.

Diagrama de bloques

Representación del motor de corriente continua en régimen dinámico considerando la entrada de tensión y la salida de velocidad.