Motores de corriente continua

Motores de corriente continua, equipos de accionamiento, que van desde pequeños juguetes y herramientas eléctricas recargables, hasta vehículos eléctricos. Estas máquinas electromecánicas constan de una bobina conductora interna, llamada armadura, y un imán externo, llamado estator. Una fuente de CC proporciona corriente a la armadura a través de un deslizamiento del conmutador. Induciendo fuerza electromagnética y permitiendo la rotación del bucle. La magnitud de la fuerza electromagnética depende del ángulo entre el campo magnético y la bobina, creando fluctuaciones en el par con la rotación. Múltiples devanados, espaciados alrededor de la armadura, minimizan las fluctuaciones de par y evitan que la forma del conmutador cortocircuite la fuente de alimentación. El deslizamiento del conmutador cambia periódicamente la dirección de la corriente a través de la bobina, lo que evita aún más la alineación de los campos magnéticos. Este video presenta las configuraciones de los motores de CC y demuestra la medición de las características de rendimiento del motor de CC, como la velocidad, la corriente y el voltaje con carga variable.

Los emisores de imanes permanentes, en máquinas de CC, son los más comunes, sin embargo, cuando el campo magnético de los estatores se produce a través de devanados conductores, las características de rendimiento, como la velocidad y el par de salida, se pueden modificar mediante el diseño del campo eléctrico. Por ejemplo, la velocidad está relacionada con el voltaje desarrollado por el motor, llamado fuerza electromotriz o EMF. Del mismo modo, el par es proporcional a la corriente. Estas características varían en función del diseño del motor e influyen en el diseño del motor seleccionado para determinadas aplicaciones. Las cuatro configuraciones electrónicas básicas de las máquinas de CC son excitadas por separado, derivación, serie y compuesto. Los motores excitados por separado utilizan fuentes de alimentación separadas para el campo y la armadura, lo que permite un control independiente para soportar cargas variables. En el diseño de derivación, la configuración más común, los devanados de campo están conectados en paralelo a la carga del inducido, con un suministro de CC común. Esto proporciona una velocidad ajustable con carga variable, lo que es útil en máquinas herramienta y bombas centríficas. En la configuración en serie, un suministro de CC alimenta el campo y la armadura en serie. Esto proporciona un par de arranque más alto para superar las cargas interciales en equipos, como trenes, ascensores o montacargas. Los motores de diseño compuesto utilizan circuitos de derivación y en serie para la regulación de alto par de arranque y velocidad. El campo de derivación puede estar cargándose antes o después del campo de serie. Ahora que se han esbozado las configuraciones de los motores de CC, se demostrará el análisis de las relaciones de corriente, voltaje y carga en los motores de CC en derivación.

Los datos recopilados en las pruebas de CC se pueden utilizar para construir modelos de circuitos equivalentes si es necesario. Antes de medir las características eléctricas del motor de CC, configure el suministro de CC de baja potencia a 0,8 amperios y conecte los terminales de suministro a la armadura de la máquina. Luego, registre el voltaje y la corriente de los suministros. A continuación, use un multímetro para medir el voltaje y la corriente a través de la armadura, enrollando el campo de derivación y el campo en serie. Utilice los datos para estimar la resistencia en cada componente. Después de medir las características básicas del generador de motor de CC, configure el reóstato de campo incorporado en la configuración máxima y mida su resistencia. Finalmente, ajuste el reóstato de campo de la serie externa a su límite superior y mida su resistencia.

Después de las pruebas del motor de CC, se utiliza una máquina síncrona para girar la armadura de la máquina de CC. Por lo tanto, la máquina de CC funciona como un generador, sin excitación de campo, luego sin carga. En estas condiciones, el voltaje del terminal es igual a EMF. Se mide la velocidad de rotación del generador y se utiliza para calcular el magnetismo retenido por la armadura en ausencia de excitación de la bobina, llamado magnetismo residual. Primero, verifique que la desconexión trifásica, el motor síncrono y el motor de CC estén apagados. Luego, conecte un pequeño trozo de cinta adhesiva al rotor externo del motor de CC. Después de verificar que el variac esté configurado al cero por ciento, conecte el variac a la salida trifásica. A continuación, conecte la configuración como se muestra. Luego, verifique que el interruptor de inicio esté en la posición de inicio. Después de los ajustes en el variac, confirme que todas las conexiones estén libres de los terminales de alimentación. Solo entonces, encienda el interruptor de desconexión trifásico. A continuación, encienda la fuente de alimentación de CC de alto voltaje, presione el botón de visualización VI para mostrar la corriente final de funcionamiento y ajuste la perilla de voltaje a 125 voltios. No presione el botón de inicio antes de ajustar la perilla de voltaje. Presione el botón de inicio del panel de fuente de alimentación de CC y encienda el equipo. A continuación, aumente lentamente la salida variac hasta que el voltaje del terminal sea de 120 voltios. Cuando el motor síncrono alcance una velocidad de rotación de estado estacionario, accione el interruptor de arranque para funcionar. Preste atención a los cambios de sonido de la máquina. El sonido de la máquina se vuelve monótono en estado estacionario. Utilice la luz estroboscópica para congelar el movimiento del motor sincronizando la velocidad de la luz estroboscópica con la velocidad de rotación del motor. La cinta conectada al rotor aparecerá estacionaria cuando se sincronice la luz estroboscópica. Confirme que esta tasa es la velocidad del motor aumentando lentamente la velocidad estroboscópica para sincronizar el ventilador a la siguiente velocidad más alta. Si es correcto, será el doble de la primera velocidad de sincronización estroboscópica observada. Esta secuencia de inicio se repetirá antes de cada ejecución de prueba posterior. Después de la puesta en marcha, registre la velocidad de rotación del motor y el voltaje del inducido. A continuación, utilice estos datos para calcular la intensidad del campo magnético residual.

Las máquinas de CC se utilizan en una variedad de aplicaciones. Una vez que se caracterizan los parámetros de funcionamiento de las diferentes máquinas, se pueden elegir en función de las especificaciones de diseño de un dispositivo en particular. El generador de CC se puede caracterizar en varias configuraciones, como la configuración de derivación. Con el interruptor S1 abierto, para pruebas sin carga, las resistencias de carga en el extremo del campo se ajustan al máximo. Luego, la velocidad del eje y el voltaje del terminal se registran como se describió anteriormente. La resistencia de derivación se reduce en cinco pasos hasta que se alcanza la resistencia mínima. Y se midió el voltaje y la corriente del terminal a través de la resistencia de derivación. El motor se puede medir con cargas simuladas utilizando resistencias de carga, siguiendo el mismo protocolo. Cada tipo de generador de CC tiene su propia salida de corriente de voltaje. Los generadores de derivación pueden proporcionar voltaje para una amplia gama de carga de corriente, mientras que los generadores en serie proporcionan un voltaje creciente con carga de corriente. En una variedad de aplicaciones, donde se prefiere una fuente de alimentación inalámbrica, como prótesis motorizadas, los motores de CC son el actuador de elección. En las prótesis de extremidades inferiores controladas neuralmente, se utilizan sensores de superficie o transdérmicos para enviar señales a las articulaciones motorizadas en la extremidad de reemplazo, al igual que en una pierna intacta. La puerta y la flexión del pie se controlan de forma más natural e intuitiva de lo que sería posible con un reemplazo de extremidad rígida.

Acabas de ver la introducción de Jove a los motores de corriente continua. Ahora debería comprender cómo funciona un motor de CC y cómo caracterizar sus parámetros. Gracias por mirar.