Características MCD

3. Tipos de conexión entre devanados En función de cómo se conecten los devanados (inducido e inductor) entre sí, se pueden conseguir las siguientes configuraciones: • máquina serie, • máquina Shunt o derivación,

Excepto la máquina independiente, todas las demás reciben el nombre de autoexcitadas.

• máquina compuesta (Compound), • máquina de excitación independiente.

+

+

+

–

E

E

F

F A

B

A

B

A

B

C

D

C

D

J

K

+

B

Serie a

Shunt

Compound

Independiente

–

+

–

A

–

–

Figura 4.26. Tipos de conexión entre devanados.

No todos los devanados son intercambiables para conseguir las diferentes con-figuraciones aquí propuestas. Por ejemplo, un devanado inductor diseñado para una conexión serie, no puede conectarse en Shunt, y viceversa, ya que el número de espiras y el diámetro del conductor con el que está construido son diferentes. Sin embargo, el devanado inductor para un motor Shunt puede utilizarse sin problemas en una máquina con conexión independiente.

3.1. La caja de bornes Los bornes de cada uno de los devanados están etiquetados según la configuración para la que han sido diseñados. Generalmente, este tipo de máquinas dispone de cuatro bornes de conexión en su caja de bornes, excepto la máquina Compound que dispone de seis.

–

+ +

Alimentación 1

+

–

A

B

A

B

A

B

E

F

C

D

J

K

–

Máquina serie a

Máquina Shunt

Máquina independiente

– Alimentación 2

+

Figura 4.27. Cajas de bornes en diferentes tipos de motores de corriente continua.

Las conexiones entre devanados de máquinas autoexcitadas se realizan con puen-tes que facilita el fabricante o mediante latiguillos que debe construir el técnico de montaje.

+

+

A

–

B

E

F

C

Máquina serie a

– –

–

Alimentación 1

–

A

+

En la figura se muestra cómo deben conectarse los terminales de los devanados en los diferentes tipos de máquinas para que inviertan su sentido de giro.

–

+ +

Para invertir el sentido de giro de un motor de corriente continua, se debe cambiar sentido de la corriente en uno de sus devanados. Esto hace que se invierta el par en el inducido, produciendo en consecuencia el cambio en el sentido de giro del motor. Desde el exterior de la máquina esto se realiza permutando los cables de alimentación, bien en los bornes del devanado inducido, bien en los bornes del devanado inductor. Por otro lado, para evitar que el motor se acelere demasiado, en la práctica siempre se recomienda invertir las conexiones del inducido en lugar de las del inductor (excitación).

+

3.2. La inversión del sentido de giro

+

–

B

A

D

J

Máquina Shunt

B

K

Máquina Independiente

– Alimentación 2

a Figura 4.28. Sentido de giro en motores: antihorario (arriba) y horario (abajo).

+

Figura 4.29. Conexión de bornes para la inversión del sentido de giro.

3.3. El arranque de los motores de corriente continua En el momento de su arranque un motor de corriente continua genera una sobre-corriente que puede ser perjudicial, tanto para la instalación de alimentación como para los devanados de la propia máquina. Para disminuir dicha corriente se conecta un reóstato en serie con el devanado inducido. Así, cuando el motor alcanza su funcionamiento nominal, en velocidad y en corriente, el reóstato se anula.

La siguiente figura muestra cómo se conecta el reóstato en serie con el inducido para el arranque de un motor Shunt.

1

2

3 1

4 3

2

4

+ –

+ –

Fusibles

10

A

Editex

JCMC

+ –

0,5

I

0

Editex

I

J.C.M.Castillo

A editex |||

||||

50

||| ||||||

|||

|||

|||

|||||

|||||||

||| ||||

|||| |

|||

|||

|||

100

Reóstato de arranque

|||

|

–

||

0

Reóstato

A C

a

B D

La constante máxima de proporcionalidad entre la intensidad de la corriente de arranque y la de plena carga, en los motores de corriente continua, debe ajustarse a los siguientes valores:

+

A

B

-

E

F

Figura 4.30. Arranque de un motor Shunt.

Potencia

Constante

De 0,75 kW a 1,5 kW

2,5

De 1,5 kW a 5,0 kW

2,0

De más de 5,0 kW

1,5

La puesta en tensión de la máquina debe hacerse con el reóstato a máxima resistencia. Así, disminuiremos progresivamente el valor óhmico hasta que el motor consiga su velocidad nominal, en cuyo caso el valor de la resistencia debe ser cero. Observa lo que ocurre con la corriente.

3.4. Variación de velocidad La velocidad de un motor de corriente continua es directamente proporcional a la tensión del inducido VAB e inversamente proporcional al campo de excitación Φ. La constante K es propia de la máquina y es definida por el fabricante en función el número de polos, de espiras y de derivaciones del devanado.

N=

VAB K·Φ

Así, es fácil comprender que si se varía la tensión del devanado inducido o si se modifica el campo del inductor, variando la corriente que por él circula, también lo hace la velocidad de la máquina.

En un motor en derivación, si se desconecta el devanado inductor con el motor en marcha, este se embala de forma peligrosa. También puede producirse este efecto en motores en serie si no se coloca carga en el eje.

V+ V–

V+ V–

Reóstato

Regulación a par constante a

Reóstato

Regulación a potencia constante

Figura 4.31. Conexión del reóstato de regulación de la velocidad.

La forma clásica de regular la velocidad en un motor de corriente continua se basa en insertar un reóstato de potencia adecuada en serie con uno de los de-vanados. Si bien esta forma es sencilla y eficaz desde el punto de vista eléctrico, no lo es tanto desde el punto de vista del montaje y de la instalación, ya que los reóstatos de regulación son dispositivos voluminosos. Si el reóstato se conecta en el circuito del inducido, la regulación de velocidad se realiza a par constante; sin embargo, si se conecta en el circuito inductor, se dice que la regulación se realiza a potencia constante. En la actualidad el arranque y la regulación de velocidad en máquinas de co-rriente continua, cuando esta funciona como motor, se realiza utilizando medios electrónicos. Esto presenta las siguientes ventajas: • Menor espacio en el cuadro de control. • Mayor facilidad en el ajuste y configuración. • Mejor interconexión con otros sistemas de control industrial, como pueden ser los autómatas programables.

Analizando las curvas de variación de velocidad y tomando en este caso como referencia un motor Shunt o uno con excitación independiente, se puede com-probar cuál es el comportamiento de la máquina. • Variación de velocidad regulando la tensión del inducido. En la curva se ob-serva cómo al regular la tensión del inducido VAB, la velocidad varía de forma constante. En este caso se ha representado una línea recta que corresponde a la variación de velocidad del motor sin carga. No obstante, si el motor dis-pone de un par resistente en su eje, esta puede no ser exactamente una recta, debido a las deformaciones del flujo producidas por el efecto de la reacción del inducido.

Velocidad

N

VAB Tensión del inducido a

Figura 4.32. Curva de tensión inducida-velocidad.

Na

N Embalamiento

Velocidad

• Variación de la velocidad regulando la corriente de excitación. En la curva se observa cómo al disminuir la corriente de excitación, la velocidad del motor aumenta. En este caso hay un punto crítico de corriente Ia, que indica que al disminuir demasiado la intensidad de la excitación, la máquina tiende a em-balarse, aumentando de forma peligrosa su velocidad.

Nn

Ia a

In

Iexc Corriente excitación

Figura 4.33. Curva de corriente de excitación-velocidad.

3.5. Característica de velocidad Se denomina característica de velocidad a la curva que representa el comportamien-to de un motor cuando sobre su eje aumenta la carga y se mantiene invariable la tensión de alimentación.

Supondremos un circuito para el funcionamiento de un motor de excitación independiente o uno de excitación Shunt. Una vez arrancado, si se mantiene la tensión de alimentación al motor, tanto del inducido como de la excitación, al modificar el valor de la carga en su eje, se observa que la velocidad y la corriente del inducido cambian. Hay que tener en cuenta que en los motores de derivación, debido a que se encuentran autoexcitados, la velocidad tiende a autorregularse. Además, dicha variación de velocidad no es superior al 10%, lo que significa que en este tipo de motores, la velocidad se mantiene estable aunque se modifique su carga.

3.6. Característica de par

Velocidad

El par interno del motor se relaciona directamente con el flujo de la excitación y con la corriente del inducido. Así, si el flujo generado por el campo de excitación no varía, el par motor dependerá de forma proporcional de la corriente del inducido.

N

IAB Corriente del inducido a

Figura 4.34. Característica de par.

3.7. Característica par-velocidad También denominada característica mecánica, se representa mediante una curva en la que se relaciona el par motor con la velocidad. En ella se observa cómo el par útil disminuye de forma constante a medida que la velocidad aumenta. Así, el par se mantiene constante a velocidad nominal. El par de arranque es muy elevado, pero también lo es la corriente absorbida en ese instante. Par

Pn

N Nn a

N0

Figura 4.35. Característica par-velocidad.