Control De Velocidad Motor DC Con Excitacion Separada Por Campo

Control de la velocidad un motor DC con excitación separada por Campo:

Tradicionalmente para lograr el control de la velocidad angular de un motor DC con excitación separada (MDCES) se diseñan controladores que tengan como variable de control la corriente de armadura del motor, logrando un control lineal de la velocidad angular del motor en función de la variación de la corriente de armadura. Para motores de alta potencia, el valor nominal de la corriente de armadura puede ser bastante alto, dificultando el diseño de las etapas de potencia necesarias para lograr un control eficiente de dicha corriente.

En el caso de la corriente de campo, tomando como referencia hojas de datos de distintos MDCES, esta suele ser de 8 a 15 amperes versus los 250A o más que suelen estar presentes en el devanado de armadura de motores de alta potencia. Debido a esto, se observa una clara ventaja en la posibilidad de realizar el control de velocidad del MDCES actuando solamente sobre el devanado de campo, simplificando y reduciendo los costos necesarios para el diseño e implementación de las etapas necesarias para la realización de dicho control. El objetivo de este trabajo es obtener un controlador para el MDCES teniendo solamente como variable de control la corriente de campo de este motor.

Sin embargo, el control por campo del MDCES presenta ciertas restricciones: Primero, el torque del motor no es constante en este tipo de modo de operación, por lo que dependiendo de la aplicación, esto puede ser una limitante. Segundo, el comportamiento presentado por la velocidad angular del sistema en este esquema de control no presenta una respuesta lineal frente a los cambios en la corriente de campo del motor.

A continuación se explica éste comportamiento no lineal a partir de la relación entre la corriente de campo y la velocidad angular del motor en el estado estable.

Inicialmente, sabiendo que el flujo magnético en un motor de excitación separada depende del circuito electromagnético que se forma en el devanado de campo, se tiene lo siguiente:

EL torque producido y la BACK EMF quedan en función de las características mecánicas del motor y del flujo magnético producido por el campo del motor:

Si se sustitutye a , se obtiene una nueva constante que relaciona las características magnéticas y mecánicas del motor, denominada como y queda la siguiente relación con la corriente del campo:

Tomando el circuito equivalente del motor DC con excitación separada se tiene:

Sustituyendo en la ecuación del torque:

Para despejar a la velocidad angular de la ecuación anterior se tiene:

En (1) es posible observar como en el estado estable la velocidad angular del sistema no posee una relación lineal con la corriente de campo. Para comprobar esta deducción se realizaron varias pruebas con un MDCES con

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