¿Qué factores afectan la regulación de velocidad en motores DC?

Estabilidad del Voltaje y Corriente de la Fuente de Alimentación

La estabilidad del voltaje y la corriente de una fuente de alimentación es fundamental para el control de velocidad de un motor de corriente continua (dc). Un motor dc tiene una fuente de alimentación que suministra energía al motor y un voltaje. En un motor dc con excitación independiente, la velocidad es aproximadamente proporcional al voltaje del inducido bajo una corriente de excitación constante. Si el voltaje de alimentación es inestable, la velocidad del motor dc también será inestable, lo que hace imposible lograr una rotación estable. Por ejemplo, con una caída del 10 % en el voltaje de operación, la velocidad del motor dc disminuirá proporcionalmente, afectando el equipo accionado por el motor. Además, el motor dc no podrá proporcionar potencia durante el ajuste de velocidad si la corriente es insuficiente debido a una falta de alimentación, especialmente bajo condiciones de carga. Para evitar esto, se debe utilizar una fuente de alimentación estabilizada de buena calidad. Asimismo, esta debe coincidir con el voltaje y la corriente nominales del motor dc. La salida de la fuente de alimentación debe monitorearse regularmente con un multímetro para evitar inestabilidad de velocidad debida a problemas en la fuente de alimentación.

Corriente de Excitación y Fuerza de los Campos Magnéticos

La corriente de excitación es el factor más importante que afecta la intensidad del campo magnético del motor de corriente continua. Este factor también es bastante importante para el control de velocidad. En el caso de los motores de corriente continua con devanado en derivación, disminuir la corriente de excitación debilita el campo magnético, lo cual, dentro de un rango seguro, aumenta la velocidad del motor. Por el contrario, aumentar la corriente de excitación fortalece el campo magnético y, por tanto, reduce la velocidad. Además, una corriente de excitación demasiado baja debilita el campo magnético hasta tal punto que el motor de corriente continua puede 'desbocarse', es decir, que la velocidad del motor supere el límite seguro, lo cual causa daños considerables. En el otro extremo, una cantidad excesiva de corriente de excitación incrementa las pérdidas en el hierro y, por ende, el calor, lo que afecta negativamente la eficiencia y la vida útil del motor de corriente continua. Un controlador en funcionamiento para la corriente es la mejor manera de proporcionar un control suave de la velocidad. Es obligatorio revisar el devanado de excitación antes de ponerlo en marcha (para detectar daños o encontrar un cortocircuito en el devanado de excitación). En caso de existir un cortocircuito parcial en el devanado de excitación, el control de velocidad se ve afectado negativamente (es decir, de forma irregular), ya que el campo magnético también se volverá irregular.

Tamaño de la Carga y Tipo de Carga

El tipo y tamaño de la carga influye directamente en el rendimiento de un motor de corriente continua (CC) y en su capacidad para regular la velocidad. Cada motor tiene una capacidad máxima de carga, y cuando la carga aplicada al motor cambia, la velocidad fluctuará. Si la carga es demasiado grande, el motor de CC necesitará producir más par de salida para mantener su rotación. Esto probablemente causará una caída significativa en la velocidad, incluso si se ajusta la excitación de voltaje/corriente. Por ejemplo, cuando un motor de CC impulsa una cinta transportadora y el número de artículos a transportar aumenta repentinamente, el motor de CC se ralentizará. También existen diferentes tipos de cargas, que afectan la capacidad de regular la velocidad. Por ejemplo, las cargas de par constante (como elevadores) requieren que el motor de CC mantenga un par constante incluso cuando hay cambios en la velocidad. En contraste, las cargas de par variable (como ventiladores) son un tipo de carga en el que el par opera en relación con la velocidad. Al seleccionar un motor de CC, asegúrese de que el motor sea adecuado para el tipo de carga que se aplicará. Por ejemplo, un motor con una salida de par insuficiente provocará una carga pesada que derivará en una regulación deficiente de la velocidad. Por último, cuando un motor de CC está en funcionamiento, no imponga cambios bruscos en la carga. Esto no es recomendable, porque hará que el motor de CC cambie y reajuste continuamente sus salidas. Esto provocará una velocidad de rotación pobre e inestable, y también resultará en un alto grado de desgaste.

Parámetros Estructurales del Motor y Calidad de Componentes

La calidad del motor y sus parámetros internos son importantes para una regulación estable de la velocidad. Existen varias partes que afectan cómo reacciona el motor a los ajustes de velocidad: la resistencia del inducido, las vueltas del devanado y la inercia del rotor. Cuando un motor de corriente continua tiene menor resistencia en el inducido, hay menos caída de voltaje y la regulación de velocidad puede volverse más sensible y precisa. La cantidad de vueltas del devanado también afecta la fuerza contraelectromotriz (back EMF) del motor. Si hay escasez de devanado, no habrá una back EMF estable y la velocidad no será constante. La magnitud de la inercia del rotor también es muy importante. Los motores de corriente continua con menor inercia del rotor pueden acelerar o desacelerar más rápidamente, mejorando así la regulación de velocidad. La calidad de los componentes también es muy relevante. Cojinetes más desgastados significan mayor fricción, lo cual hace que el motor de corriente continua requiera más energía y que el control de velocidad sea más difícil. Se incrementará el mal contacto, lo que genera conmutadores deficientes y esto provocará cambios inadecuados entre velocidades. Por ello, es necesario elegir motores de corriente continua que ofrezcan una fabricación de alta precisión y revisar regularmente los componentes principales. Reemplace cojinetes desgastados, mantenga los conmutadores limpios y sin daños, y asegúrese de que todos los devanados estén completos.

Grado de Coincidencia para Sistemas de Control y Regulación de Velocidad

El grado de compatibilidad y el sistema de control (como un variador de frecuencia o un controlador PWM) determinan qué tan bien regula el sistema los motores de corriente continua. Las salidas del sistema de control deben ser altas, estables y responder adecuadamente a las señales de entrada. Las señales de control deben variar de acuerdo con el motor. Los sistemas de control deficientes pueden presentar salidas de señal lentas y respuesta tardía. Dicho sistema deficiente provoca una velocidad de motor pobre e inestable. La inadecuada combinación entre controlador y motor de corriente continua es un problema común. Un controlador con límites de potencia más bajos que el motor de corriente continua resulta en un control deficiente. Por otro lado, un controlador con un rango de potencia demasiado alto puede provocar corrientes y velocidades elevadas e inestables. Un motor de corriente continua de 1,3 kW debe emparejarse con un controlador de capacidad de potencia similar para obtener el mejor rendimiento. Los algoritmos del sistema de control también influyen en la regulación de la velocidad. Algoritmos más sofisticados pueden adaptarse a cambios dinámicos en la velocidad en respuesta a cargas variables. El sistema de control debe calibrarse directamente y actualizarse el software del sistema, si no es nuevo, para minimizar el retardo de las señales de control. Asegúrese de que la conexión eléctrica entre el controlador y el motor de corriente continua esté bien ajustada para evitar interferencias en la señal o pérdida de corriente.