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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE-L DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
REGIONES DE REGULACIÓN DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
Basantes José , Ana María Mañay, Ludwin Martines {jlbasantes1, ammanay, ljmartinez1} @espe.edu.ec Resumen
En un motor de corriente continua, la velocidad de giro se puede regular mediante el control de la tensión aplicada al motor o mediante el control de la corriente que circula a través de él.
Dependiendo de la configuración del sistema de control.
Las regiones de regulación de velocidad de un motor de corriente continua se refieren a los diferentes modos de operación en los que se puede controlar y ajustar la velocidad de giro de la moto para el caso de estudio se lo realizara en torque constante y de potencia constante, donde la velocidad disminuirá mientras el torque aumentara su valor proporcionalmente para este caso la corriente se encontrara en estado permanente fijo.
Palabras Clave: Torque, potencia constante, Velocidad, regiones de regulación de velocidad.
Abstract
In a DC motor, the speed of rotation can be regulated by controlling the voltage applied to the motor or by controlling the current flowing through it. depending on the configuration of the control system.
The speed regulation regions of a direct current motor refer to the different modes of operation in which the rotational speed of the motorcycle can be controlled and adjusted. For the case study, it will be carried out in constant torque and constant power. where the speed will decrease while the torque will increase its value proportionally, for this case the current will be in a fixed permanent state.
Keywords: Torque, constant power, speed, speed regulation regions.
1. Objetivos
• Realizar la conexión fisca para el control de las fuentes del campo y la armadura de un motor de corriente continua de excitación independiente.
• Realizar la variación del voltaje de armadura para valores de: 0, 35, 73, 100, 130, 170, 200, 214 y medir la velocidad del motor para cada tensión.
• Graficar las respectivas curvas de torque y potencia en base a los valores medidos del motor de corriente continua de excitación independiente.
2. Equipos utilizados Nombre del
equipo
Descripción Figura Motor de CC
en derivación con bobina compound 004_022b
Utiliza un devanado de campo en derivación y un devanado de campo
en serie, lo que proporciona un
control de velocidad estable y
un alto torque de arranque
Torquímetro Detecta la fuerza aplicada al eje y la
convierte en una señal eléctrica proporcional al
torque.
Excitación - Generador Sincrónico
Es el suministro de corriente de campo
necesario para generar un campo
magnético en el rotor.
Fuente de alimentación
variable
Permite seleccionar y regular la salida
de voltaje y corriente de acuerdo con los
requisitos específicos del dispositivo en uso.
Velocímetro Se utiliza para monitorear y medir
velocidades en diversas aplicaciones
eléctricas y electrónicas.
Amperímetr o
utilizado para medir la tensión eléctrica
en un circuito.
Cables Proporcionan una vía confiable y
segura para transportar la electricidad o las señales de un lugar
a otro.
Multímetro Proporcionan una vía confiable y
segura para transportar la electricidad o las
señales de un lugar a otro.
Mando del freno
Es proporcional a la desaceleración que
se produce en el motor
3. Introducción
Los motores de corriente continua de excitación independiente son dispositivos electromecánicos eficientes y versátiles que utilizan corriente continua para generar un campo magnético rotativo y convertir la energía eléctrica en energía mecánica, se refiere como excitación independiente al hecho de que el campo magnético se suministra con una fuente de corriente continua independiente, como una batería o un generador externo.
Esto significa que el campo magnético puede ajustarse de manera independiente al circuito del rotor, lo que brinda flexibilidad en el control de velocidad y par motor son muy importantes por su capacidad para ajustar de manera independiente el campo magnético y el circuito del rotor los hace especialmente útiles en aplicaciones que requieren una respuesta rápida y un control preciso, como en maquinaria industrial, sistemas de automatización y tracción eléctrica (PÉREZ, 2018).
4. Fundamento teórico
Los motores de corriente continua son máquinas eléctricas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica, la ventaja principal de estos motores con respecto a los motores de inducción es su flexibilidad para el control de velocidad y torque, por lo que tienen algunas aplicaciones en diversos accionamientos industriales. Sin embargo, debido al desarrollo de la electrónica de potencia, su aplicación en estos campos se ha ido
reduciendo ya que el motor de corriente alterna tiene un coste de fabricación y mantenimiento más reducido. [1 ]
Motores de c.c. con excitación independiente y derivación. Sistema de regulación Ward- Leonard
Los motores de c.c. con excitación independiente y derivación, junto con el sistema de regulación Ward-Leonard, proporcionan un control preciso de la velocidad y el torque del motor c.c. Son ampliamente utilizados en aplicaciones industriales donde se requiere un control de velocidad suave y preciso.
El esquema para el arranque y control de velocidad de estos motores DC son similares a los que se muestran en la Figura 1. Los circuitos del inductor y del inducido son impulsados por diferentes fuentes de corriente, mientras que en el caso de los motores en paralelo, las fuentes de corriente son idénticas. Por lo tanto, no existe una diferencia práctica en la operación de los dos tipos de motores si se supone que el voltaje de suministro al inducido es constante (𝑉 = 𝑉𝑒), por lo que ambas máquinas se estudiarán en esta sección. [ 2]
Figura. 1 Motor de excitación independiente
En la zona 1 (que cubre el área entre la velocidad cero y la velocidad base o nominal), la regulación se realiza mediante el control de la tensión de armadura, el motor funciona a par constante y consume energía de la red en proporción a la velocidad. En el rango 2, el rango entre la velocidad base y la velocidad máxima (generalmente el doble de la velocidad nominal), la regulación se realiza controlando la corriente de magnetización del inductor. En esta zona la máquina opera a potencia constante, mientras que
el torque disminuye al aumentar la velocidad, ya que 𝑃 = 𝑇𝑤 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒, es claro que la rama correspondiente al torque sigue la ecuación hiperbólica, por lo que la forma se muestra en la Figura 2.
Figura. 2 regiones de regulación para un motor excitación independiente.
5. Desarrollo
1.Revisar las características técnicas del motor de cc como se muestra en la tabla 1.
Tabla. 1 Características técnicas del motor CC
Características de motor de CC de excitación independiente
Dipl. Ing.(FH) Hubert Barth D-7060 Schorndorf West-Germany V: 220 v Kw: 0.175
In:1.4A IP.00
Sn:1450 rpm KI:B
2. Diseñar el circuito para controlar el motor con dos fuentes independientes una para el circuito de la armadura y la otra para el circuito de campo.
Ajuste la fuente de campo al voltaje nominal del motor y encienda el sistema. La fuente del circuito de armadura aumente gradualmente desde cero.
Figura. 3 Conexión de motor c.c. excitación independiente.
3. Con el electrodinamómetro ajuste la carga nominal y mantenga durante todo el ensayo el valor de la corriente de armadura constante. Para la práctica se consideró una corriente de campo 𝑰𝒇 = 𝟎. 𝟐 𝑨 para la zona de torque constante. La corriente de armadura 𝑰𝒂 = 𝟏 𝑨 tanto para la zona de torque y potencia constante.
5. Variar el voltaje de armadura para valores de:
0, 35, 73, 100, 130, 170, 200, 214 V como se muestra en la figura 4.
Figura. 4 Variación del voltaje
6. Mida la velocidad del motor para cada tensión (zona de torque constate). La Tabla 2 muestra los valores de velocidad en la zona de Torque constante.
Tabla. 2 valores de velocidad en la zona de Torque constante.
Va (v)
Ia (A)
If (A) T (N.m) S (rev/min)
0 - 0,2 0 0
35 1 0,2 1 60
73 1 0,2 1 200
100 1 0,2 1 450
130 1 0,2 1 720
170 1 0,2 1 1100
200 1 0,2 1 1370
214 1 0,2 1 1500
7. Para obtener las curvas en la zona de potencia constante, mantenga el voltaje de armadura en 206 V y disminuya la corriente de campo gradualmente hasta que la velocidad se aproxime al doble de la nominal como se muestra en la Tabla 3.
Tabla. 3 Datos para la zona de potencia constante
Va (v)
Ia (A)
If (A) T (N.m)
S (rev/min)
206 1 0,2 1 1450
206 1 0,16 0,9 1550
206 1 0,12
5
0,75 1760
206 1 0,1 0,65 2000
Para obtener la potencia de salida 𝑃𝑜𝑢𝑡 se aplica la siguiente ecuación:
Donde:
T: Torque en N.m S: Velocidad en rpm
Nota: Multiplicar la velocidad por el factor 2𝜋 60 para transformar rpm a rad/s.
Tabla. 4 Potencia de salida T
(N.m) S (rev/min)
n (rad/s)
P(W)
0 0 0 0
1 60 6,28 6,28
1 200 20,94 20,94
1 450 47,12 47,12
1 720 75,40 75,40
1 1100 115,19 115,19
1 1370 143,47 143,47
1 1500 157,08 157,08
1 1450 151,84 151,84
0,9 1550 162,32 146,08
0,75 1760 184,31 138,23
0,65 2000 209,44 136,14
6. Resultados
En la curva de torque vs velocidad se muestra que el torque se mantiene constante y para el análisis del laboratorio se mantuvo a 1A además de que se encuentra en la región de la corriente de campo se aplicó diferentes tipos de voltaje como: 35V ,73V ,100V,130V,170V,200V y un valor final de 214V.
Como se observa en la grafica 1. El torque del motor de corriente continua con excitación independiente vs la velocidad donde se mantiene constante a 1A la corriente por otra parte si la velocidad del motor incrementa si el voltaje aplicado a la armadura incrementa, la potencia es proporcional a la multiplicación del torque por la velocidad y está a vez por el factor de 2𝜋
60 por lo cual la potencia aumenta proporcionalmente con la velocidad.
Gráfica. 1 Curva de torque vs velocidad
Como se observa en la gráfica 2 se encuentra en la zona de potencia constante para lo cual el voltaje de la armadura se mantuvo en 206 V mientras dentro de esta zona la corriente aplicada
al motor se realizó con los siguientes valores 0.2A,0.16A,0.125A 0.1A , pero se debe tener extremo cuidado cuando se realiza este tipo de prueba ya que la excesiva disminución de esta puede producir un embalamiento en el motor de corriente continua con excitación independiente.
La variación de la corriente en el torque del motor disminuye mientras que la velocidad aumenta esto se debe al aumento de la velocidad y la disminución del torque por lo cual se puede observar que la potencia se mantiene constante.
Grafica. 2 Curva de potencia vs velocidad
7. Conclusiones
• Al conectar la zona 1 el torque es constante ya que esta aumentar el torque la velocidad disminuye mientras que la potencia aumenta en un motor de excitación independiente con bobinas.
• En la zona de torque constante se puedo observar que se mantiene una corriente constante a 1A, para los distintos niveles
de voltajes de 35V,73V
,100V,130V,170V,200V y 204V.
• En la zona de potencia es constante, la variación de la corriente del motor se
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 60 200 450 720 1100 1370 1450 1500 1550 1760 2000
Torque
Velocidad
Curva T-n
Total
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
0 200 720 137015001760
Potencia
Velocidad
Curva P-n
Total
reduce mientras que la velocidad incrementa esto se debe al aumento de la velocidad le aplica.
8. Recomendaciones
➢ Es importante tener en cuenta que la corriente debe mantenerse caso contrario el motor se embalara.
➢ Revisar el uso de los equipos a implementar tanto su forma de conexión como su manipulación correcta.
9. Referencias bibliográficas:
[1] J. Francisco, W. Meza, R. Domingo, and Morales, “UNIVERSIDAD POLITÉCNICA
SALESIANA SEDE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA:
INGENIERIA ELÉCTRICA TESIS PREVIA A
LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:
INGENIERO ELÉCTRICO MENCIÓN
SISTEMAS DE POTENCIA TEMA: ‘MODELO MATEMÁTICO MOTOR DC CONEXIÓN INDEPENDIENTE’ AUTORES.” Available:
https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1 0257/1/UPS-GT001352.pdf
[2] “M C M MÁQ CO CO Miguel A Doc UNIVE DEPAR ELÉ QU ORR ONT Angel ctor Inge UIN RIE TIN Rodríg eniero In AS ENT NU guez P ndustrial CANTAB INGENIE ERGÉTIC S D TE UA ozueta l BRIA ERÍA CA E E a.” Available:
https://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/Maq uinas%20cc.pdf
