control de velocidad de un motor dc (1).docx

8/16/2019 Control de Velocidad de un Motor DC (1).docx

1/25

INTRODUCCION

Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener las salida deseada de

un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que

provienen del sistema a controlar, y se diseña un sistema para que, a partir de

estas entradas, modifique ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las

señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación.


2/25

CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC

MOTOR DC:

El motor de corriente continua es una maquina que convierte la energía eléctrica

en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotativo.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria.

Su fácil control de posición, par y velocidad la an convertido en una de las

me!ores opciones en aplicaciones de control y automati"ación de procesos.

Las partes fundamentales de un motor de corriente continua son#

$ Estator: Es el que crea el campo magnético fi!o, al que le llamamos

%e&citación'. En los motores pequeños se consiguen con imanespermanentes.

$ Rotor: (ambién llamado armadura. Lleva las bobinas cuyo campo crea,

!unto al del estator, el par de fuer"as que le ace girar.

$ Escobillas: )ormalmente son dos tacos de grafito que acen contacto conlas bobinas del rotor. * medida que este gira, la cone&ión se conmuta entre

unas y otras bobinas, y debido a ello se producen cispas que generan

calor.

$ Colector: Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan acabo intercalando una corona de cobre partida en sectores.


3/25

$ Delgas: Son los sectores circulares, aislados entre sí, que tocan con lasescobillas y a su ve" están soldados a los e&tremos de los conductores que

conforman las bobinas del rotor.$ Micas: Son laminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las

delgas de manera que el con!unto forma una masa compacta y

mecánicamente bruta.

Funcionamiento con carga y uncionamiento en !acio:

+n motor funciona con carga cuando está arrastrando cualquier ob!eto o

soportando cualquier resistencia e&terna, que le obliga a absorber energía

mecánica.

+n motor funciona en vacio, cuando el motor no soporta ninguna resistencia

e&terna.

Los motores de corriente continua se clasifican segn la forma de cone&ión de las

bobinas inductoras e inducidas ente sí.

" Motor #e e$citaci%n in#e&en#iente

" Motor en serie

" Motor en #eri!aci%n o motor '(unt

" Motor Com&oun#

-ara conocer las características y posibles aplicaciones de cualquier de estos

motores, deben fi!arse cada uno de estos parámetros#


4/25

$ E!oluci%n #el r)gimen #e giro *en r&m+: Es decir, como varía la velocidadde giro en diferentes circunstancias.

$ ,otencia el)ctrica absorbi#a &or el motor *en -.+: Es decir, el consumode energía.

$ ,ar motor *en /g0m+: Es decir, la capacidad de arrastre del motor.

$ Ren#imiento *n+: Es decir, las pérdidas de energía del motor

MOTOR DE E1CITACI2N INDE,ENDIENTE:

Son aquellos motores que obtienen la alimentación del rotor y del estator de dos

fuentes de tensión independientes. on ello, el campo del estator es constante al

no depender de la carga del motor, y el par de fuer"as es entonces prácticamente

constante.

)os permite regular con precisión el par, tanto en modo motor como enmodo generador.

Sus aplicaciones industriales son en el torneado y taladrado de materiales,

así como la e&trusión de materiales de plástico y de goma, ventilación de

ornos, retroceso rápido en vacio de gancos de gra.

MOTOR 'ERIE:

El motor serie se conecta a la red como se indica en la fgura. El voltaje

aplicado Ea es constante, mientras que el campo de excitación aumenta con la

carga, puesto que la corriente Ia es la misma corriente de excitación.

El par producido Kφ Ia es directamente proporcional al ujo y a la corriente enel inducido. Como el tami!n aumenta con Ia, entonces, el par motor es

directamente proporcional al cuadrado de Ia, por lo tanto, su curva ser"

paraólica.


5/25

Arranque del motor:

Como en el caso del motor s#unt se dee intercalar un reóstato de arranque en

serie con el inducido. Esta resistencia se reduce gradualmente cuando el motoradquiere velocidad.

Caracter$stica%

&as curvas caracter$sticas se pueden otener a partir de las 'órmulas

'undamentales%

(ar motor ) Kφ Ia ) K Ia*+, deido a que φ ) K Ia

pm ) -Ea Ia a/0 Kφ ) K -Ea Ia a/ 0 Ia,

1 sea, que al aumentar la corriente, disminuye la velocidad, y su curva develocidad, se oserva que para cargas ligeras, la velocidad se #ace

peligrosamente elevada, y por esta ra2ón un motor serie #a de estar siempre

engranado o acoplado directamente a la carga. 3i un motor serie estuviera

unido a la carga mediante una correa y !sta se rompiese o soltase, el motor se

emalar$a y proalemente se da4ar$a.

Inversión del sentido de rotación:

&a rotación se puede invertir camiando la dirección de la corriente, ya sea del

campo en serie o del inducido.

Parada del motor:

(ara parar un motor serie, es preciso introducir progresivamente las

resistencias del reóstato de arranque y cortar luego la alimentación, para evitar

una 'uerte corriente de ruptura que ser$a peligrosa para los arrollamientos.

Control #e Veloci#a# #e un Motor 'erie


6/25


7/25


8/25

Control #e Veloci#a# #e un Motor '(unt

;unque el motor s#unt es de velocidad constante, su caracter$stica m"s

importante, es la de ser un motor de velocidad regulale. =tili2ando la

ecuación de la velocidad, tenemos%

pm ) -Ea Ia a/ 0 Kφ

&a velocidad se puede aumentar, disminuyendo el 'lujo por polo -φ/ . (ara esto,

es necesario colocar un reóstato en el circuito de campo, tal como se indica en

la fgura.

Intercalando un reóstato en el circuito del inducido podemos disminuir la

velocidad nominal. Esto es deido a que al aumentar la resistencia en el

circuito en el inducido el voltaje Ea disminuye.

INVERSIN !E "IR#


9/25

El sentido de rotación de un motor s#unt se puede invertir, camiando la

dirección de la corriente, ya sea en el circuito de campo o en el circuito del

inducido.

Parada del motor$

(ara parar el motor se introducen todas las resistencias del reóstato dearranque antes de cortar la corriente.

Pro%iedades

(ar de arranque d!il >o soportan grandes sorecargas. 7elocidad constante cualquiera sea la carga . >o se disparan en vac$o.

Utilización&a velocidad constante de estos motores los #ace adecuados para elaccionamiento de m"quinas #erramientas -tornos, taladros/ y aparatos deelevación.


10/25

MOTOR COM,UND:

Comparando las ventajas de los motores serie y s#unt se encuentra que%

=n motor serie del mismo r!gimen de capacidad puede ejercer un par muc#o

mayor, cuando sea necesario, sin aumentar terrilemente la corriente.

(ueden otenerse en un mismo motor colocando dos oinados de campo% =no

en serie y otro s#unt, en los polos del motor, y que se llamar" motor

compound. &as caracter$sticas de velocidad y par motor para un motor

compound se dan en la siguiente fgura.

Control #e Veloci#a# #e un Motor Com&oun#

&a velocidad de un motor compound se puede disminuir por deajo de la

normal por medio de un reóstato colocado en el circuito del inducido y

aumentarse por encima de la normal mediante un reóstato en el circuito de

campo.

; di'erencia de los motores en serie, el motor compound tiene una velocidad

defnida sin carga y no alcan2ar" velocidades destructivas si !sta se suprime.

&a regulación de la velocidad es in'erior a la de un motor s#unt y mayor a la de

uno serie. &a rotación se invierte camiando la dirección de la corriente del

circuito de campo o del circuito del inducido. (uesto que si se invierte el campos#unt se dee invertir el serie, el procedimiento m"s sencillo es invertir la

corriente en el inducido.

3i las conexiones del arrollamiento serie de un motor compound se permutan

para invertir el sentido de circulación de corriente en el mismo, las oinas

serie se opondr"n al ujo y este decrecer", en lugar de crecer cuando aumente

la carga. Esto oligar" al motor a acelerar, en lugar de decrecer cuando


11/25

aumenta la carga. Este motor se conoce con el nomre de ?motor compound

di'erencial?.


12/25


13/25

M45UINA DE CORRIENTE CONTINUA

La máquina de consta de dos devanados alimentados con # uno llamado

inductor que está en el estator de la máquina y otro llamado inducido que está en

el rotor.

En el caso de funcionamiento como motor ambos devanados están alimentados

con . En el caso de funcionamiento como generador se alimenta con el

inducido y se obtiene la /E0 por el inductor 1también continua2.

Su funcionamiento se basa en la e&istencia de un mecanismo llamado colector

que convierte las magnitudes variables generadas o aplicadas a la máquina en

magnitudes constantes.

3. ulata

4. )cleo polar

5. E&pansión polar

6. )cleo del polo au&iliar o de conmutaciónn

7. E&pansión del polo au&iliar o de conmutación

8. )cleo del inducido

9. *rrollamiento de inducido

:. *rrollamiento de e&citación

;. *rrollamiento de conmutación

3


14/25

FUNCIONAMIENTO COMO 6ENERADOR

La

/E0

que

se obtiene a la salida de la máquina varía en el tiempo ya que esta máquina nodispone de colector

area

d Bd ⋅=

φ

α φ d r l Bd ⋅⋅⋅=

∫ −

⋅⋅⋅=α π

α

α φ d r l B


15/25


16/25

FEM INDUCIDA EN UNA M45UINA DE CC

FEM en una es&ira

V l B E ⋅⋅⋅= 2

FEM In#uci#a &or el #e!ana#o com&leto #e la ma7uina

a

VBl N E 2

⋅=

)=n@ total de espiras

a=n@ de circuitos en paralelo

%

lr

%

lr

&N

AA%

%olos

Rotor ⋅

⋅

8

8

lr

P

'⋅

⋅

r

P

a

V N E

⋅

⋅⋅⋅=π

ϕ 2

rnrV ⋅π

⋅

9:

8

A%' ⋅


17/25

n=?elocidad en A-0

r= radio

ϕ ⋅⋅

= na

p N E

604

ϕ ⋅⋅= n K E

,AR INTERNO DE UNA M45UINA DE CC

,ar crea#o &or una es&ira

a

Irl'Irl'T es%iraes%ira ⋅88

a=n@ de circuitos en paralelo

B=orriente rotor 1inducido2

,ar crea#o &or el #e!ana#o com&leto #e la ma7uina

a

Irl'NTT#TA( ⋅8

)=n@ total de espiras

lr

P'

⋅

⋅

Ia

NPTT#TA( ⋅

⋅

⋅

8

I) TT#TA( ⋅

B= orriente de inducido

VARIACI2N DE VELOCIDAD EN LO' MOTORE' DE CC


18/25

VR

T; T9 T8

T< T= T>

VS

VT

@

@

@

TiristoresVS

!iodosTransistores

Variaci%n #e la tensi%n #e in#uci#o mantenien#o el lu?o constante

uando# nCnnominal

Se mantiene el flu!o constante y se varía la tensión de inducido

Variaci%n #e la e$citaci%n *#ebilitamiento #el cam&o+

Se usa con# nDnnominal

*l disminuir la e&citación disminuyen el flu!o y el par pero aumenta la velocidad

ϕ⋅⋅= n) E iI*) T ⋅⋅= ϕ

Ecuación. eneral de máquinas de

DI',O'ITIVO' ,ARA LA VARIACI2N DE TEN'I2N CONTINUA

Rectiica#ores controla#os:

CONTROL DEVELOCIDAD DEUN MOTOR DC,ORMODULACIONDE ANC3O DE,UL'O *,@M+


19/25

La 0odulación por anco de pulso 1-F02 1pulse Gidt modulation2 de una señal o

fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de traba!o 1H2 de

una señal periódica 1una sinusoidal o cuadrada2, ya sea para transmitir

información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad

de energía que se envía a una carga.

El ciclo de traba!o de una señal periódica es el anco relativo de su parte positiva

en relación con el período. E&presado matemáticamente#

H # es el ciclo de traba!o.

τ # es el tiempo en que la función es positiva 1anco del pulso2.

( # es el período de la función.

T D

τ =

La construcción típica de un circuito -F0 se lleva a cabo mediante un

comparador con dos entradas y una salida. +na de las entradas se conecta a un

oscila#or de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para laseñal mo#ula#ora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de laseñal dientes de sierra, y el ciclo de traba!o está en función de la portadora.

Algunos &armetros im&ortantes #e un ,@M son:

• La relación de amplitudes entre la señal portadora y la moduladora, siendo

recomendable que la ltima no supere el valor pico de la portadora y esté

centrada en el valor medio de ésta.

• La relación de frecuencias, donde en general se recomienda que la relación

entre la frecuencia de la portadora y la de señal sea de 3< a 3.


20/25

CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC ,OR MODULACION DEANC3O DE ,UL'O *,@M+ CON ARDUINO

Los materiales a usar son#

o

*rduino +noo 0otor H

o -otenciómetro

o L4;5H 1driver motores2

o /uente alimentación e&terna

DRIVER L8B=D

-ara controlar un motor H desde *rduino, tendremos que usar un driver para

motores para proporcionarle más corriente al motor ya que las salidas del *rduino

sólo dan 6


21/25

CONTROL VELOCIDAD A TRAV' DE ,@M

Iasta este punto sabemos cómo controlar el sentido de giro del motor H a través

del L4;5H. -ero Jy la velocidad de giro En este proyecto lo que aremos es

controlar la velocidad y el giro del motor con un solo potenciómetro.

-ara acerlo utili"aremos el -F0. Sabemos que ay que atacar los pins 4 y 9 del

L4;5H desde dos salidas del *rduino. En estas dos salidas abrá un -F0 a cada

una. -ero tenemos que invertir un -F0. JKué quiere decir invertir -ues que

cuando en un -F0 tengamos un pulso a un valor alto, en el otro -F0 el mismo

pulso sea valor ba!o. En la imagen lo entenderemos de una manera más gráfica.


22/25

MONTAE:

o -ins

6,7,34,35

del L4;5Ha masa.


23/25

o Muntar las masas del *rduino y de la fuente de alimentación e&terna.

o -in : del L4;5H a ;? de la fuente de alimentación e&terna. Es el volta!e que

proporciona al motor.o -in 38 del L4;5H a 7?. Es la alimentación del L4;5H, pude alimentarse

directamente desde la alimentación que proporciona el *rduino.

o El potenciómetro pude ser de cualquier valor.

-ANA*0*

CONTROL DEVELOCIDAD DEUN MOTOR DC,OR U'O DEL,IC


24/25

o -uente I

,IC


25/25

control de velocidad de un motor dc (1).docx

Documents