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CONCEPTOS BÁSICOS

Velocidad, Torque y Potencia (HP)

Las características velocidad – torque dan al motor D-C una versátil aplicación. El torque de régimen de un motor D.C es dado a una velocidad específica llamada Velocidad Base.

La velocidad base se define como las RPM de un motor D.C cuando opera a:

1.- Corriente de campo de régimen

2.- Voltaje de armadura de régimen

3.- Carga de régimen (Corriente de Armadura)

La velocidad base (RPM) se muestra en la placa del motor. Típicas velocidades base para motores D.C son: 850, 1150, 1750 y 2500 RPM. A velocidad base, un motor D.C entrega la velocidad, torque y HP de régimen (nominales). La tolerancia de la NEMA para la velocidad base es de ± 7½ % .

La combinación de velocidad y torque desarrolla los HP de régimen de acuerdo con la siguiente relación:

H.P = (1)

5250

Donde:

Torque (T): libra-pie

Velocidad (N): r.p.m

Esta fórmula establece los HP del motor a un torque y velocidad específicos. Los motores se acoplan a reductores, correas y poleas, y otros dispositivos modificadores de velocidad, para producir torque y/o velocidades mayores que las de placa, pero esta combinación nunca debe exceder el valor de los HP de placa. Dicho de otra manera, pueden obtenerse torques mayores, pero solo a proporcionalmente velocidades menores, o se disponen de velocidades mayores (hasta la máxima velocidad de placa con debilitamiento del campo) si proporcionalmente se acepta un menor torque.

ECUACION GENERAL DEL MOTOR

Con la excepción de los controladores que también regulan la corriente de campo, el voltaje de armadura Et es el único parámetro que el controlador puede directamente cambiar o regular. Los sistemas de control pueden clasificarse como reguladores de voltaje, velocidad, corriente (torque), tensión o posición. Todos estos sistemas utilizan un dispositivo de realimentación apropiado para permitir al controlador regular la función deseada.

La ecuación general del motor define el funcionamiento del motor bajo diferentes condiciones de voltaje y carga

Et = Ec + Ia.Ra (2)

Donde:

Et: Voltaje en los terminales de la armadura

Ec: Fuerza contra electromotriz

Ia: corriente de la armadura

Ra: resistencia de la armadura

Ec = K.F.N (3)

Siendo:

F: el flujo magnético

N: velocidad (rpm)

El voltaje Ec se opone al voltaje aplicado a la armadura Et, y por esta razón es llamado fuerza contra electromotriz (FCM). Este voltaje es el resultado del corte del campo magnético al girar los conductores de la armadura, produciendo así un voltaje generado. Bajo condiciones normales de operación, este término (Ec) es mucho mayor que el termino Ia.Ra. La velocidad del motor es proporcional al voltaje aplicado en los terminales, el cual es el voltaje que se muestra en la placa del motor.

Típicamente, la resistencia de la armadura (Ra), está en el orden de 1 Ohm, o menos, y la corriente de armadura (Ia), es función de la carga mecánica del motor. Por ejemplo, considere un motor de 20 HP:

Voltaje en los terminales: Et = 240 V

Corriente de armadura: Ia = 71 Amp. A plena carga

Resistencia de armadura:Ra = 0.15 Ohm

Caída de voltaje en la resistencia de armadura:Ia.Ra = 10.65 V

a plena carga.

De la ecuación (2) se deduce:

Ec = Et – Ia.Ra

Ec = 240 - 10.65 = 229.35 VDC

Los motores D.C generan torque a través de la interacción de los campos magnéticos. El campo magnético principal es desarrollado por los polos del motor. El campo magnético que interactúa con el campo magnético principal es producido por la armadura y su amplitud está determinada por la corriente de armadura.

El torque desarrollado en un motor D.C es función del radio de la armadura, el número de conductores y la fuerza ejercida sobre los conductores. La fuerza depende del flujo, la corriente y la longitud de los conductores de la armadura. Expresado matemáticamente como:

T = K.f.Ia (4)

Donde el torque (T) es medido en libra-pié, K es una constante determinada por el número de polos en la máquina y el número de arreglos de los conductores en la armadura, f es el flujo total por polo en el entrehierro, y Ia es la corriente de armadura en amperios.

Por lo tanto, el torque de un motor shunt con excitación constante varia directamente con la corriente de armadura.

Para un motor serie, el flujo varia con la corriente de la carga excepto por efectos de saturación así que el torque varia aproximadamente con el cuadrado de la corriente de la carga..

La característica de torque de un motor compound está entre el shunt y el serie.

Para observar el efecto del voltaje y la corriente sobre la velocidad y el torque, la tabla # 1 será útil. Se utilizará como ejemplo un motor de 5 HP con los siguientes datos de placa:

Et = 180 VDC

Ia = 24 Amp, a plena carga

Ra = 0.591Ohm

Velocidad Base: 1750 rpm

Asumiendo una carga del 75% de la nominal = 18 Amp.

Calculemos la relación Volts/RPM de la Ec.

Et = Ec + Ia.Ra Ec = Et – Ia.Ra = 180 VDC – (24 x 0.591)

Ec = 180 – 14.184 = 165.81 VDC

Volts./ RPM = 165.816/1750 = 0.094752 VDC/RPM

Condición Et N f Ec Ia Ia.Ra

A 180 V 0 RPM MAX 0 V 305 A 180 V

B 180 V 500 RPM MAX 47.38 V 224.4 A 132.62 V

C 180 V 1500 RPM MAX 142.1 V 22.4 A 37.9 V

D 176.45V 1750 RPM MAX 165.81 V 18 A 10.64 V

Tabla # 1 : Efecto de la velocidad y la corriente

Si se aplica el voltaje completo a la armadura, las condiciones iniciales serán las mostradas en

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