Control de motores CC

Electrónica IV - Control de Motores de Corriente Continua – V-01 Página 1
ELECTRONICA DE POTENCIA
Electrónica IV
CONTROL DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
Entre todas las aplicaciones posibles de la electrónica de potencia, merece especial atención
la variación de velocidad de motores eléctricos. Los variadores de velocidad constituyen, en
efecto, un campo de aplicación de los convertidores estáticos particularmente importante; su
estudio nos permitirá, además, ver mejor las posibilidades que ofrecen los convertidores
estáticos.
Los equipos industriales utilizan cada día más arrastres de velocidad variable. Ello es
debido, en parte, a la necesidad de dar al dispositivo arrastrado, la velocidad óptima en cada
una de las fases de un proceso. Pero sobre todo es debido a los progresos realizados en la
automatización que requiere realimentar la velocidad de cada uno de los motores que actúan
sobre diversos puntos de un mismo conjunto.
La obtención de velocidades variables, a partir de la red trifásica de frecuencia constante
que constituye normalmente la fuente de energía eléctrica disponible, se realiza actualmente en
excelentes condiciones mediante el conjunto formado por rectificadores con tiristores y motor
de corriente continua.
Por otra parte, con los recientes adelantos en la conversión de energía, las técnicas de
control y las microcomputadoras, las propulsiones de motores de CA se vuelven cada vez más
competitivas en relación con las propulsiones de CC.
Debido a esto, cada día hay más interés en los variadores de velocidad con motores
asíncronos, (PWM) que están cubriendo gran parte de las aplicaciones, pero aún quedan
algunas aplicaciones que solamente las pueden cubrir los motores de CC.
Aunque la tendencia futura mira hacia las propulsiones de CA, quizás pasen algunos años
hasta que los variadores de velocidad para control de motores asíncronos desplace totalmente
a los motores de CC.
Los motores de corriente continua, (CC) pueden proporcionar un alto par motor de
arranque y también permiten obtener control de la velocidad en un amplio rango. Los métodos
de control de la velocidad, por lo general son más simples y menos costosos que los de los
variadores de CA. Los motores de CC juegan un papel significativo en las propulsiones
industriales.
Tanto los motores de CC excitados en serie como los de excitación independiente se
utilizan normalmente en controladores de velocidad variable, aunque tradicionalmente los
motores en serie se han utilizado para aplicaciones de tracción. Debido a los conmutadores, los
motores de CC no son adecuados para aplicaciones de muy alta velocidad y requieren más
mantenimiento que los motores de CA.
Los rectificadores controlados proporcionan un voltaje de salida de CC variable a partir de
un voltaje fijo de CA, y por lo tanto los controladores pueden entregar un voltaje de CC

variable a partir de un voltaje de CA fijo. Debido a su capacidad para suministrar un voltaje de
CC continuamente variable, los rectificadores controlados y los pulsados tienen una gran
aplicación en el control industrial y en las propulsiones de velocidad variable, con niveles de
potencia que van desde fracciones de KW hasta varios megavatios.
Por lo general, los rectificadores controlados se utilizan para controlar la velocidad de los
motores de CC tal y como se muestra en la figura 1.
Una alternativa sería un rectificador de diodos seguido por un pulsador,(modulación de ancho
de pulso) como el que se muestra en la figura 2.
Figura Nº1
Figura Nº 2
Otro caso, similar al de la figura Nº2, lo constituye la propulsión de trolebuses o trenes de
ferrocarril, donde la alimentación es de corriente continua a través de una línea, mientras el
pulsador se encuentra instalado junto al motor del vehículo..
En este caso, en lugar de usar rectificadores controlados, se usan troceadores y la

regulación de la tensión se hace a través de la modulación de ancho de pulsos, (PWM).
La disposición se ve en la figura Nº3.
Figura Nº3
Expresiones del par y la velocidad. Modelos matemáticos
Figura Nº4
Una representación simbólica de un motor de CC. con excitación independiente se
muestra en la Figura Nº4. La resistencia del bobinado de excitación es Re y su inductancia es
Le, la resistencia de la armadura es Ra y su inductancia es La. En la descripción del motor, los
efectos de reacción de armadura se ignoran. Es justificable ya que en general, los motores

tienen interpolos o bobinados de compensación para minimizar los efectos de reacción de
armadura. La corriente de campo es descripta por la ecuación (1) con los respectivos valores
instantáneos.
Si un voltaje Ve cte. se aplica al campo, la corriente del mismo se establece a un valor
constante, como se ve en la ecuación (2).
Cuándo la corriente del campo es constante, el flujo inducido por el campo permanece
constante, y normalmente se mantiene en su valor Φ. . Si las condiciones son en estado
estacionario, la ecuación (4) de valores medios, es la que rige el sistema.
La tensión ea, es la fem (fuerza electro-motriz). En motores de excitación
independiente, la fem. es proporcional al producto de la velocidad del motor (rad/seg) y la
corriente de excitación ie tal como muestra la ecuación (5).
Le die + Re ie = ve (1)
dt
Ie = Ve (2)
Re
La dia +Ra ia + ea = va (3)
dt
Ra Ia + Ea = Va (4)
Ea = Km Ie ω (5)
En esta ecuación Km es una cte. y su valor depende de la construcción del motor.
Si la corriente de armadura Ia, está en estado estacionario, entonces la potencia de CC,
Pa que se proporciona a la armadura es :
Pa = Ea . Ia.
Esta potencia eléctrica se convierte a potencia mecánica a través de la armadura del motor de
CC.
El torque desarrollado por la armadura es Cm, la unidad para torque es Nm (Newton-
metro). Entonces la potencia y el torque pueden relacionarse como se muestra en la ecuación

(6). Cancelando el término común en ambos lados, el torque Cm desarrollado por la armadura
se obtiene como se presenta en la ecuación (7).
Si la corriente de la armadura instantánea es ia, entonces la ecuación (8) es la que vale.
Pa = Ea Ia = Km Ie ω Ia = Cm ω (6)
Cm = Km Ie Ia [Nm] (7)
Cm = Km Ie ia [Nm] (8)
La velocidad del motor puede ser controlada mediante la variación de Va ,
manteniendo Ve constante. Entonces cuando el voltaje aplicado a la armadura se eleva, la
velocidad se elevará. La pérdida por la resistencia de la armadura es pequeña y la velocidad de
motor sube casi proporcionalmente con el voltaje aplicado a la armadura. Pero hay un límite
al voltaje que puede aplicarse a la armadura y ese límite es el voltaje máximo permisible para
armadura, es la tensión nominal de la máquina.
La velocidad del motor corresponde al voltaje de la armadura, y al voltaje del campo
determinado. Así la velocidad de un motor puede variarse debajo de su velocidad máxima
controlando el voltaje de la armadura. Sería deseable que el motor pueda desarrollar un torque
tan alto como sea posible que se logra con la máxima tensión aplicada al campo. Aplicando
una tensión mas alta al campo, dado que este está cerca de la saturación, no se logra un
aumento significativo del torque. Por otra parte, esto sólo produciría aumento de pérdidas en el
bobinado. Dado que el calor total que el motor de CC es un valor fijo que depende de la
superficie de disipación y del sistema de enfriamiento, si aumentamos las pérdidas en el
bobinado de campo, se debe disminuir la disipada en la armadura, con lo que el resultado final
puede ser una disminución en el torque.
Aumentar la tensión de armadura sobre su valor nominal, no se recomienda porque
esta se diseña para dicho valor, entre otros puede haber problemas con la aislación. El torque
que el motor puede entregar depende de la corriente de armadura y de la corriente del campo.
Si el motor se opera continuamente, la corriente de armadura máxima no debe ser más alta que
su valor nominal. Cuando la corriente de armadura y de campo está en su nivel nominal, el
motor genera el torque nominal. El torque máximo que el motor puede entregar
continuamente por un largo período de tiempo, es el de su valor nominal, y la velocidad debe
cumplir que no exceda el valor máximo. O sea que debe ser
0 < ω < ωnom , donde ωnom es la velocidad máxima
La potencia desarrollada por el motor es:
Pa,max = Cm ,max ω (9)

El torque máximo que el motor puede entregar continuamente se llama Cm,max,cont. Lo que
se está mostrando en la ecuación, es el torque máximo que el motor puede entregar, y no el
torque real que el motor entrega. El torque real que el motor entrega depende de la carga
mecánica conectada a su eje. Si la velocidad del motor es aumentada más allá de su valor
nominal, esta, puede lograrse manteniendo la tensión de la armadura en su valor nominal y
debilitando el campo reduciendo la tensión aplicada a él. Cuando la velocidad del motor se
aumenta de esta manera, la potencia máxima que puede desarrollar la armadura es fija. Eso
significa que el torque máximo que el motor puede desarrollar sobre la velocidad nominal es:
Cm,max,cont = Ea,nom Ia,nom donde ω > ω nom
ω
Los diagramas de Pa,max y Cm,max , pueden expresarse en función de la velocidad, como se
observa en la siguiente figura.
Figura Nº5
En la figura Nº5 se pueden observar los valores máximos que el motor puede admitir. El
diagrama se puede dividir en dos zonas de funcionamiento, la primera es la de “Cupla Cte.” Y
la segunda de “Potencia Cte.” En la zona de Cupla Cte. la corriente de armadura Ia es Cte., la

corriente de excitación también es Cte. por lo tanto lo será la cupla. Se entiende que estos son
valores máx. de cupla que el motor puede entregar, pero la cupla la determina la carga. La
potencia dependerá de la tensión de armadura y de la velocidad que es una función casi directa
de esta tensión.
Cuando llegamos a la velocidad nominal, estamos en ese punto a la potencia máx. que el
motor puede entregar, pero en general, los motores pueden desarrollar mayor velocidad,
siempre y cuando no se sobrepase la potencia máxima. Para cumplir con estas exigencias,
podemos mantener la tensión de armadura y disminuir la corriente de excitación . Esto hará
que la velocidad aumente, pero la cupla máxima irá decreciendo como se ve en la Figura Nº5.
Esta zona donde la corriente de excitacíón es decreciente y la tensión de armadura es Cte, se
llama , de Potencia Cte.
En la figura Nº6, podemos ver un sistema de control de un motor de CC en lazo abierto.
Figura Nº6
El modelo del motor es el mismo que habíamos visto en la figura Nº4, a este ahora lo
alimentamos con una fuente de CC, que mas adelante veremos como funcionará, pero por el
momento suponemos que para una tensión de entrada Vr, obtenemos una tensión de salida Va.
La cte. de amplificación de esta fuente es Ka.
Por otra parte, suponemos que el motor esta acoplado a una carga mecánica a través de su
eje. Esta carga tendrá una cupla resistente designada con Cc, un rozamiento F y un momento
de inercia J.
Las ecuaciones del sistema serán:
Va = Ka .Vr (10)
Para el siguiente análisis, suponemos que la corriente de excitación del campo es cte, y que
la fem del motor también se mantiene cte. a pesar de posible disturbios transitorios en el
sistema.

Ea = Km Ie ω (11)
va = Ra ia + La dia + ea = Ra ia + La dia + Km Ie ω (12)
dt dt
Eléctricamente, la cupla del motor es:
Cm = Km Ie ia (13)
Mecanicamente, la cupla de la carga es:
Cm = Cc + F ω + J dω (14)
dt
El comportamiento del motor se puede analizar usando transformada de Laplace,
considerando condiciones iniciales cero. Transformando las ecuaciones (10), (12) y (14),
tenemos lo siguiente:
Va(s) = Ka Vr(s) (15)
Va(s) = Ra Ia(s) + s La Ia(s) + Km Ieω (s) (16)
Cm(s) =Km Ie Ia(s) = s Jω(s) + Fω(s) + Cc(s) (17)
De la ecuación (16), podemos obtener la corriente de armadura Ia
Ia(s)= Va(s) – Km Ieω(s) = Va(s) – Km Ieω(s) (18)
sLa + Ra Ra(sτa+ 1)
donde τa =La/Ra , se llama cte. de tiempo del circuito de armadura del motor.
De la ecuación (17), podemos obtener la velocidad en el eje del motor, ω
ω(s) = Cm(s) – Cc(s) = Cm(s) – Cc(s) (19)
sJ + F F(sτm + 1)
donde τm = J/F se llama cte. de tiempo mecánica del motor.

De las ecuaciones (15), (18) y (19) se puede efectuar un diagrama en bloques de lazo
abierto.
Figura Nº7
A partir de este diagrama en bloques, podemos obtener algunas conclusiones para el
funcionamiento de los controles para motores de CC. En la industria, en general se requiere un
control de velocidad de una carga mecánica, cuya cupla puede ser cambiante. Dado que la
alimentación siempre se hace con una fuente de tensión, deberemos relacionar estos tres
parámetros. De este diagrama (Fig, Nº7), podemos expresar la Cc(s) en función de w(s) y
Va(s).
Cc(s) = -ω(s) ( F(sτm + 1)+ Km Km Ie
2
) + Va(s) Km Ie (20)
Ra (sτa+ 1) Ra(sτa+ 1)
Considerando el sistema en régimen permanente, s es igual a cero y por lo tanto queda:
Cc(s) = -ω(s) ( Ra F+ Km Km Ie
2
) + Va(s) Km Ie (21)
Ra Ra
Si la excitación es cte, es decir, si Ie=cte. entonces podemos reducir esta ecuación a la
siguiente expresión:
Cc(s) = -ω(s) K1 + Va(s) K2
Podemos en un par de ejes, representar la cupla Cc(s) en función de ω(s).

Cuando ω(s) = 0 , Cc(s) = Va(s) K2
Cuando Cc(s) = 0 ω(s) K1 = Va(s) K2
Vemos que esto representa una serie de rectas con pendiente negativa , una para cada valor
de Va como se ve en la figura siguiente:
Figura Nº8
Otro requerimiento en la industria, es la regulación de la cupla independientemente de la
velocidad ω. Del mismo diagrama, (Figura Nº7), podemos obtener la gráfica de Cm con Ia
como parámetro.
Figura Nº9
Cc
Va creciente
Va2
Cc2
Va1
Cc1
w2 w1 veloc

Esta forma de uso de un motor de CC es de gran aplicación en la industria, dado que al
mantener la cupla cte. independientemente de la velocidad, podemos relacionar
mecánicamente dos motores. Uno tiene velocidad controlada, por ej. en fábricas de papel o
láminas de metales, este es el que da un espesor exacto del material a través de rodillos
laminadores conectados a su eje. Otro motor es el que enrolla el material pero esto debe ser
efectuado con una tensión mecánica cte. independiente de la velocidad del sistema. Si lo
controlamos de acuerdo a lo visto en la figura Nº 9, una cupla cte. genera una tensión
mecánica cte, siempre y cuando que no haya variación en el radio, con lo cual logramos lo
requerido.
El problema que se nos presenta en el motor que impulsa el sistema de enrrollado es que el
diámetro del rollo aumenta a medida que pasa el tiempo del proceso y esto hace que la tensión
mecanica sobre el material disminuya dado que:
r
C
T = Donde:
T es la Tens. mec.
C es la cupla en el eje
r es el radio del rollo
Figura Nº 10
Una forma de controlar la tensión mec. cte. es la siguiente:
Por una parte el control mantiene la corriente de armadura Ia =cte.
Analizando la ecuación anterior vemos que:
r
KIaIe
T =
Dado que lo requerido es T=cte., lo que debe hacer el control es mantener cte. la relación entre
Ie y r .

La etapa de potencia para impulsar un Motor de C.C. puede ser de variados diseños.
Si esta es de poca potencia, en el orden del vatio hasta varios cientos de vatios, puede ser a
transistores debido a su fácil manejo.
Si la potencia es mayor, en el orden de varios kilovatios, ya es conveniente el uso de tiristores.
Estos pueden estar alimentados de una fuente monofásica o trifásica según la potencia del
motor a impulsar.
Hasta el orden de los 3 kilovatios puede ser monofásica, para mayores potencias ya debe ser
trifásica.
Comenzaremos con las disposiciones a tiristores para alimentación monofásica.
Según la aplicación, se pueden usar distintas disposiciones., en primer lugar efectuaremos una
descripción de cada una, y luego los comentarios de cual de ellas conviene usar en cada caso.
Cabe destacar que los motores de C.C. en general. son reversibles, o sea que se pueden usar
como motores o generadores.
Para hablar con propiedad deberíamos referirnos a "Máquinas de C.C." y esta se usará como
Motor o Generador según la disposición de cada caso en particular.
Una forma de dividir los controladores es de acuerdo a como pueden hacer funcionar a la
máquina.
Podemos decir que se dividen en "cuadrantes" de funcionamiento como se observa en la
siguiente figura.
2º I 1º
Gen. Mot.
V
Mot. Gen.
3º 4º
Figura Nº 11
Podemos observar en el primer cuadrante una polaridad positiva para la tensión, una dirección
positiva para la corriente y un sentido de rotación para el giro usándola como motor. Usando
este cuadrante como referencia observemos que si esta máquina la queremos hacer funcionar
como generador (4º cuadrante), debemos invertir la corriente, para lo cual debemos lograr que

la f.e.m. del motor sea mayor que la de la fuente. Es obvio que para que esto suceda la
corriente debe estar en sentido inverso para lo cual la fuente debe estar preparada, o sea
permitir esa dirección de la corriente.
Para que funcione como motor en sentido contrario, tanto la tensión como la corriente deben
estar invertidas, caso del tercer cuadrante, y si en ese sentido de la rotación queremos que
funcione como generador, estaríamos en una situación de tensión y corriente como la del
segundo cuadrante.
Según cuales sean las exigencias del sistema o sea las necesidades de funcionar en tal o cual
cuadrante, será la elección de la disposición circuital para que pueda cumplir con lo exigido.
Veremos a continuación distintos tipos de disposiciones circuitales para alimentar, ya sea el
campo o la armadura de un motor de C.C. a partir de una línea monofásica.
En el análisis de cada tipo, lo haremos sobre la armadura y no sobre el campo, dado que la
armadura tiene fuerza contra electro motriz (f.e.m.) la cual presenta alguna dificultad y por lo
tanto, conocer esto supone conocer también el control de campo que no tiene f.e.m por lo que
será mas sencillo.
Comenzaremos con los circuitos que corresponden al funcionamiento en el primer cuadrante,
donde solamente puede generar una tensión de una sola polaridad y la corriente en una sola
dirección. Como podemos observar en los circuitos mas adelante, todos tienen la
particularidad, que la tensión solo puede generar la polaridad dispuesta por los diodos o
tiristores y la corriente solamente circular en un solo sentido por la posición de los diodos o
tiristores, según sea el caso. Aunque la tensión de la red sea menor que la de la f.e.m., caso
que se puede dar según las condiciones de la carga, la f.e.m. produce las condiciones para que
la corriente fluya de la carga hacia la red, pero esto no ocurre debido a la posición de los
diodos o tiristores, según sea el circuito.
Esta condición de f.e.m. mayor que la tensión de red, se puede producir cuando bajamos la
tensión controlada y la carga por su gran inercia mantiene casi la velocidad y por lo tanto el
valor de la f.e.m.
En general para aplicaciones se usa una disposición tipo puente para rectificar onda completa a
fin de no producir una componente de continua que sature parcialmente el núcleo del
transformador.
A continuación iremos describiendo una a una mencionando la razón de su elección en cada
aplicación, ventajas e inconvenientes.

Disposición 4 diodos y un tiristor.
D4 D1
Th
Motor
D3 D2
Figura Nº12
Esta disposición es de bajo costo dado que usa un solo tiristor, tiene la ventaja que si el
transformador que alimenta el puente está aislado, el cátodo del tiristor lo podemos usar de
referencia y el disparo del gate es sencillo y además es uno solo.
La forma de onda sobre los bornes del motor se observa en la siguiente figura:
Figura Nº 13
Dada la característica inductiva de la armadura del motor, se observa que la corriente se
prolonga en el tiempo algo mas que cundo la tensión deja de ser mayor a la f.e.m.

Recordemos que los tiristores se cortan por corriente exclusivamente y mientras esta esté
presente el tiristor continuará conduciendo. Según la velocidad del motor y la carga en ese
momento, la corriente puede prolongarse mas o menos tiempo y llegar a un situación muy
particular que es cuando la tensión sobre bornes del motor alcanza el valor de la fem del
motor. Si esto sucede el tiristor estará nuevamente en condiciones de conducir antes de que se
corte por falta de corriente, o sea continuará conduciendo en el próximo semiciclo sin importar
lo que suceda en el gate. Dado que ahora el motor recibe mayor energía, la velocidad
aumentará y por lo tanto la f.e.m. hasta que se de la condición de que la corriente se corte
antes de que la tensión en bornes del motor alcance el nuevo valor de la f.e.m. Esto se verá
como una "embalada" del motor hasta que recupere nuevamente el control y actúe el ángulo de
disparo.
Este efecto puede ser grave según sea el proceso en el que está interviniendo esta máquina y
su control.
Hay una forma de evitar este problema y es colocando un diodo en paralelo con el motor
conectado como se indica en la siguiente figura.
D1 D2
Motor
Th
D3 D4
Figura Nº 14
En este caso vemos que el diodo llamado "amortiguador" (o "dumping" en inglés) está en
paralelo con el motor pero de tal modo que este no conduzca cuando el tiristor comienza a
conducir.
Si analizamos la gráfica anterior, podemos observar que la tensión sobre los bornes del motor
hacia el final del semiciclo, comienza a descender por debajo de la fem y la corriente sigue
conduciendo debido a la característica inductiva del motor. La tensión seguirá a la de fuente
hasta que el tiristor se corte, pero vemos en la gráfica anterior que la tensión se invierte y su
valor absoluto es mayor que la caída de un diodo. En este momento, el diodo amortiguador
comienza a conducir y la energía inductiva almacenada en el motor, se descarga a través del

diodo, o sea la corriente circula por este y no por el tiristor, por lo tanto se apaga.
Como vemos en la gráfica siguiente, la tensión sobre el motor se enclava en la del diodo, y la
corriente circula por este. El tiristor recupera su capacidad de bloqueo y está en condiciones de
ser disparado cuando el control lo requiera.
Figura Nº 15
Dos diodos y dos tiristores:
D1 Th1
Motor
(-) (+)
D2 Th2
Figura Nº 16
Esta disposición trabaja como un rectificador puente onda completa, pero en cada semi-onda
hay un diodo y un tiristor en serie, de este modo si controlamos el ángulo de encendido de los

dos tiristores, tendremos controlado todos los semiciclos.
También se podrían usar cuatro tiristores, pero estaríamos desperdiciando dos de ellos dado
que con un elemento de la serie que se controle es suficiente.
Este tiene la ventaja que los dos tiristores tienen el cátodo en común y por lo tanto el disparo
es sencillo dado que los dos pulsos tienen una sola referencia.
Este circuito no tiene el problema del anterior dado que los tiristores conducen alternadamente
y la corriente no puede mantenerse tanto tiempo.
Este es muy usado en controles de pequeñas máquinas del orden del HP.
Las formas de onda para este circuito son las siguientes:
Figura Nº 17
Podemos observar que el tiristor Th1 conduce en el mismo momento que D 2 pero cuando la
tensión de línea se aproxima a cero, el que conduce es el diodo D1 y este cierra el circuito
formando un lazo entre el motor, el Th1 y el D1 y la corriente por la malla se extinguirá cundo
se extinga la energía inductiva del motor.
Las formas circuitales vistas hasta el momento, tienen la desventaja que no se puede usar
como control para invertir la velocidad, ya que esto significa que la corriente circule en
sentido contrario y no es posible por los semiconductores.
Para la inversión de polaridad, haría falta colocar un circuito similar pero con los
semiconductores invertidos, pero esto significa poner cada rama en paralelo tanto la del puente
directo como la del puente inverso, con esto quedaría los diodos en antiparalelo lo mismo que

los tiristores.
Para el caso de los tiristores no habría problemas dado que disparamos uno u otro, pero para el
caso de los diodos, quedaría la fuente cortocircuitada a través de los diodos.
Podemos deducir que la única solución válida, es usar un puente de cuatro tiristores en
antiparalelo con otro similar.
Primero analizaremos el puente de cuatro tiristores para trabajar en el primer cuadrante o sea
una función similar a los anteriores.
El circuito es el siguiente:
Th4 Th1
Motor
Th3 Th2
Figura Nº 18
Lo que podemos observar en este circuito es que los cátodos no están al mismo potencial, para
lo cual deberíamos usar algún sistema de aislación galvánica para aplicar los pulsos, tal como
transformadores de pulso que es mas sencillo y tiene la ventaja de intercalar una resistencia
baja entre cátodo y gate con lo que mejora la capacidad de bloqueo directa y baja el tiempo de
recuperación. El inconveniente es el transformador en si, que en general es un elemento no
estandar y posiblememte mas costoso.
El opto-aislador si bien es mas estandar, requiere de un circuito adicional, dado que es un
elemento activo y por lo tanto necesita alimentación.
Las formas de ondas del circuito anterior son las siguientes.

Figura Nº 19
Observemos el pico negativo como continua hasta que se extingue la corriente.
Antes de ver circuitos de potencia que puedan funcionar en varios cuadrantes, veremos el caso
del funcionamiento de la máquina como generador, o sea que esta estará impulsada desde su
eje, y entregará energía a la línea. Dado que en general estos circuitos trabajan en un momento
entregando y en otro devolviendo, veremos el caso de un circuito con cuatro tiristores, ya que
es el único que se puede combinar con otros. Analizaremos en primer término el caso de una
disposición similar a las vistas hasta ahora, es decir el motor en la misma posición pero
devolviendo energía a la red.
El circuito es el siguiente:
Th4 Th1
Motor
Th3 Th2
Figura Nº 20

Vemos que la disposición circuital es similar pero los tiristores están invertidos.
La forma de onda es la siguiente:
Figura Nº 21
Hasta aquí hemos visto las ecuaciones del modelo matemático del motor y su carga, y algunas
disposiciones circuitales para alimentar un motor o para devolver energía a la línea.
Debemos ahora relacionar el modelo matemático y los circuitos para ver que tipo de control
podemos usar para impulsar la máquina.
En primer lugar, debemos analizar que requerimientos le pediremos al control.
En general lo que se requiere del control, es mantener una velocidad de acuerdo al proceso.
Otro caso frecuente es pedirle que este mantenga cupla constante.
Hay aplicaciones industriales donde intervienen en un mismo proceso varias modalidades.
Una de las aplicaciones es en procesos de laminación de chapa de metal, alambres, papel,
donde se presenta la necesidad de varios motores, uno puede trabajar a velocidad cte. otro
hacia adelante del proceso, trabajará a cupla cte. para mantener una tensión mecánica cte.
sobre la chapa o alambre, y otro hacia atrás en el proceso, trabajando como freno para
mantener una tensión mecánica contra el de velocidad cte. Este último trabajará como
generador dado que la energía que devolverá a la red proviene del motor central. Esta función

del motor se le llama generador de arrastre y si la tensión mecánica que debe provocar es cte.,
debe ser por lo tanto la cupla del generador también cte.
Sentido del proceso
Devanador Enrollador
Generador
de arrastre Motor a Motor a cupla cte.
de cupla cte. veloc. cte.
Figura Nº 22
Es importante observar una serie de consideraciones para armar el control de este proceso.
Cuando el proceso comienza, el devanador deberá funcionar como motor a velocidad
controlable hasta que la punta se la chapa o alambre llegue al sistema central y lo tome entre
los dos rodillos. en ese momento el control no puede ser de velocidad ya que es incompatible
dos controles de velocidad de un sistema ligado mecánicamente. ( Luego veremos que hay
casos especiales que pueden presentarse). A partir de este momento, el devanador debe
convertirse en un generador de arrastre de cupla cte. a fin de mantener la chapa/alambre tenso.
El proceso avanza hasta llegar al bobinador que estará girando lentamente a velocidad
controlada, hasta tanto la chapa/alambre de una vuelta y se ajuste al bobinador y en ese
momento de manera similar al caso del debobinador, este control se deberá converitr en una de
cupla cte. para mantener la tensión mecánica entre el sistema central y el bobinador.
Se deberá notar que tanto el devanador como el bobinador no pueden estar funcionado desde
el principio como control de cupla cte., ya que al no tener carga el control comenzará a subir el
voltaje hasta lograr la cupla solicitada y como no logra esa cupla por estar en vacío, este
comenzará a subir la velocidad hasta embalarse.
Esto mismo sucederá si en un momento del proceso normal, se corta la chapa/alambre.
A partir de lo visto, vemos que ya podemos determinar que tipo de protecciones tiene que
tener cada parte del proceso. Vemos que las máquinas del debobinador y enrrollador deben
protegerse de posibles embalamientos, o sea que a una cierta velocidad el control debe dejar
de entregar energía. Para el caso del sistema central ya que este, es controlado por velocidad,
debe tener una protección de cupla ya que si por problemas del material procesado, la cupla
aumenta, puede dañar el motor por excesos de corriente dado que el control subirá el voltaje
hasta lograr la velocidad requerida.
Ing. Roberto E. Gibbons
Prof. Adjunto Área Electrónica de Potencia
Escuela de Ingeniería Electrónica
Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura
Universidad Nacional de Rosario - Argentina

Control de motores CC

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Control de motores CC

Similar a Control de motores CC (20)

Último

Último (20)

Control de motores CC