Frenajes por inversión y dinámico.

Se simularon los frenajes por inversión y dinámico del motor de C.D. Esto se logró estableciendo en primer lugar, en el fichero M3A.m, el valor que va a alcanzar la corriente de armadura, siendo este, 2.5IaN. Además se define en el bloque Tload, el tipo de carga conectada al motor, que en este caso es del tipo ventilador, Mcarga = 0.01+3.189·10-4·ω2. Las figuras 3.14 y 3.15 muestran el comportamiento, de la corriente de armadura y la velocidad de operación en función del tiempo.

Figura 3.14. Característica de la corriente de armadura contra el tiempo, para un frenaje por inversión.

Figura 3.15.Característica de velocidad de operación contra el tiempo, para un frenaje por inversión.

De las figuras 3.14 y 3.15 puede apreciarse que en el primer segundo de simulación, el motor se encuentra trabajando en estado estable. Cuando se invierte el voltaje de alimentación, la corriente de armadura invierte su sentido, al ocurrir esto, el momento electromagnético invierte también su sentido y el motor comienza a frenarse y la corriente por la armadura a disminuir. Al detenerse el motor comienza a girar en sentido contrario hasta llegar a su nuevo punto de operación en el 3er cuadrante. La característica de la figura 3.16 también muestra este comportamiento del motor.

Figura 3.16. Característica de momento contra velocidad, para un frenaje por inversión.

El fichero S3A.mdl devuelve al espacio de trabajo del MATLAB un vector y de seis columnas, en cada columna se encuentra los valores de cada una de las variables del motor durante toda la simulación, en la primera columna están los valores del tiempo; en la segunda, corriente de armadura; en la tercera, momento electromagnético; en la cuarta, velocidad de operación y en la quinta, la fem inducida en el circuito de armadura. La característica de la figura 3.16 puede obtenerse escribiendo en la ventana de comandos del MATLAB las sentencias siguientes:

>>figure

>> plot(y(:,3),y(:,4)) >> grid

Las figuras 3.17 y 3.18 muestran el comportamiento de la corriente de armadura

y de la velocidad de operación del motor al aplicar un frenaje dinámico.

Figura 3.17. Característica de corriente contra tiempo, para un frenaje dinámico.

Figura 3.19. Característica de momento contra velocidad para un frenaje dinámico.

En las figuras 3.17 y 3.18 pueden apreciarse que en el primer segundo de simulación, el motor se encuentra trabajando en estado estable. Cuando se hace cero el voltaje de alimentación y la armadura es cortocircuitada a través de una resistencia, la corriente de armadura invierte su sentido, al ocurrir esto, el momento electromagnético invierte también su sentido y el motor comienza a frenarse y la corriente por la armadura a disminuir, hasta que el mismo se detiene. La característica de la figura 3.19 muestra la característica mecánica del motor al aplicarle el frenaje dinámico al motor.

La característica de la figura 3.19 se obtiene utilizando el mismo procedimiento descrito anteriormente para la obtención de la característica de la figura 3.16.

3.5. Proyecto 4: Motor serie universal.

Los ficheros M4.m y S4.mdl, son los encargados de crear las variables a utilizar en el espacio de trabajo de MATLAB y de la simulación de un motor serie. Para la simulación se utilizó un motor que tiene los parámetros siguientes:

Potencia nominal: 325 W Frecuencia nominal: 60 H Voltaje nominal: 120 Vrms Resistencia de armadura: 0.6 Ω Velocidad nominal: 2800 rev/min Corriente de armadura: 3.5 Arms Inductancia del campo serie: 26 mH Resistencia de campo: 0.152 Ω Inductancia de armadura: 10 mH Inercia del rotor: J= 0.015 kgm2

La figura 3.20 muestra la característica de magnetización de la máquina obtenida a una velocidad de 1500 rev/min.

Figura 3.20. Característica de magnetización.

Primeramente se hizo un análisis transitorio del proceso de arranque de un motor serie, alimentado con un voltaje alterno, Vt = 120 2sen(ωt) V, y el

momento de carga igual a 1.1084 N.M. Obteniéndose las características de la corriente de armadura, Ia, la fem inducida en el devanado de armadura, Eg, el momento electromagnético, Mem, y la velocidad del rotor, ω, para el arranque. Tomando una escala amplia de tiempo para obtener las mismas variables cuando la máquina ha logrado un estado estable. Las figuras 3.21, 3.22, y 3.23 muestran el comportamiento transitorio de las principales variables del motor en el arranque.

Figura 3.21. Fem inducida en el devanado de armadura para el arranque de un motor serie universal.

Figura 3.22. Característica de la corriente de armadura contra el tiempo para el arranque de un motor serie universal.

Figura 3.23.Característica de momento contra el tiempo para el arranque de un motor serie universal.

De las figuras 3.22 y 3.23, se observa primeramente que mientras que la

corriente de armadura del motor es alterna, es decir, que toma valores positivos y negativos, el momento electromagnético es pulsante, pero siempre positivo, esto se debe a que el momento desarrollado por el motor es proporcional al cuadrado de la corriente de armadura. Es por esta razón que el motor serie universal puede ser alimentado con un voltaje alterno.

En la simulación del motor alimentado con C.A. se realizó un cambio en el momento de la carga, disminuyendo este a la mitad, de esta manera se obtuvieron las características de Ia y Mem, de la respuesta de la máquina con el cambio del estado de carga. En las figuras 3.24 y 3.25 puede apreciarse notablemente la reducción de la corriente de armadura y del momento electromagnético desarrollado con la disminución de la carga.

Figura 3.24. Característica de la corriente de armadura contra el tiempo para un motor alimentado con C.A.

Figura 3.25. Característica de momento contra el tiempo para un motor

alimentado con C.A.

Se sustituyó la fuente de C.A. por una de C.D. del mismo valor rms, 120 V. Con la fuente de voltaje de C.D., se repitió la simulación del arranque con una carga de momento igual a la mitad del nominal. Obteniéndose las curvas de Ia, y Mem contra el tiempo, de la respuesta transitoria del proceso de arranque.

Se aprecia la diferencia en la magnitud de Ia, y la respuesta a un cambio del momento de la carga del motor para cada tipo de alimentación. Las figuras 3.25 y 3.26 muestran las características de corriente de armadura y momento electromagnético contra tiempo cuando el motor es alimentado con C.D.

Figura 3.25. Característica de la corriente de armadura contra el tiempo para un motor alimentado con C.D.

Figura 3.25. Característica de momento contra el tiempo para un motor

alimentado con C.D.