Motor de CC controlado por armadura

Un motor de CC controlado por armadura es un motor de corriente continua (CC) que utiliza un imán permanente accionado únicamente por las bobinas de la armadura .

Un motor es un actuador que convierte la energía eléctrica en energía mecánica rotacional . Un motor que requiere alimentación de corriente continua (CC) para su funcionamiento se denomina motor de CC . Los motores de CC se utilizan ampliamente en aplicaciones de control como robótica , unidades de cinta , maquinaria y muchas más.

Los motores de CC de excitación independiente son adecuados para aplicaciones de control debido a sus circuitos de campo y armadura separados. Existen dos formas de controlar los motores de CC de excitación independiente: control de armadura y control de campo. ^{[ 1 ]}

Un motor de CC consta de dos partes: un rotor y un estator. ^{[ 2 ]} El estator consta de bobinados de campo, mientras que el rotor (también llamado armadura) consta de un bobinado de armadura. ^{[ 3 ]} Cuando tanto la armadura como los bobinados de campo son excitados por una fuente de CC, fluye corriente a través de los bobinados y se produce un flujo magnético proporcional a la corriente. Cuando el flujo del campo interactúa con el flujo de la armadura, se produce el movimiento del rotor. El control de armadura es la técnica de control más común para los motores de CC. Para implementar este control, el flujo del estator debe mantenerse constante. Para lograr esto, se mantiene constante la tensión del estator o se reemplazan las bobinas del estator por un imán permanente . En este último caso, se dice que el motor es un motor de CC de imán permanente y es accionado únicamente por las bobinas de la armadura.

Las ecuaciones que rigen el funcionamiento del motor se linealizan simplificando los efectos del campo magnético del estator a solo su flujo,${\displaystyle \Phi }$y un término que describe el efecto del campo del estator sobre el rotor,${\displaystyle K_{\phi }}$.${\displaystyle K_{\phi }}$Es improbable que sea una constante y puede ser una función de${\displaystyle \Phi }$:

${\displaystyle T=K_{\phi }\Phi \mathrm {I} }$(1)

dónde${\displaystyle T}$es el par motor y${\displaystyle \mathrm {I} }$es la corriente de armadura. Cuando el flujo de campo es constante, la ecuación (1) se convierte en

${\displaystyle T=K'\mathrm {I} }$(2)

dónde${\displaystyle K'=K_{\phi}\phi}$como${\displaystyle \Phi }$es constante.

Además, el motor tiene una estructura intrínseca de retroalimentación negativa, por lo que en estado estacionario, la velocidad ω es proporcional a la entrada de referencia Va.

Estos dos hechos, además del menor precio de un motor de imán permanente con respecto a un motor de CC estándar (porque solo es necesario bobinar las bobinas del rotor), son las principales razones por las que los motores con control de armadura son ampliamente utilizados. Sin embargo, esta técnica de control presenta varias desventajas, la principal de las cuales es el flujo de grandes corrientes durante los transitorios. Por ejemplo, cuando la velocidad de arranque ω es inicialmente cero, por lo tanto, la fuerza contraelectromotriz ( FEM ) regida por la siguiente relación, sería cero.

${\displaystyle E_{b}=K_{\phi}\phi \omega }$(3)

Además, la corriente de armadura viene dada por ${\displaystyle I=\left({\frac {V-E_{b}}{R_{a}}}\right)}$(4)

lo cual será muy alto, provocando un aumento en el calentamiento de la máquina y puede dañar el aislamiento. ^{[ 4 ]}

Ecuaciones esenciales para la función de transferencia :

${\displaystyle E_{b}=K_{\phi}\phi \omega }$en el dominio de Laplace${\displaystyle E_{b}(s)=K_{\phi }\phi \omega (s)}$(5)

${\displaystyle I=\left({\frac {V-E_{b}}{R_{a}}}\right)}$en el dominio de Laplace${\displaystyle I(s)=\left({\frac {V(s)-E_{b}(s)}{R_{a}}}\right)}$(6)

${\displaystyle T=K_{\phi }\Phi \mathrm {I} }$en el dominio de Laplace${\displaystyle T(s)=K_{\phi }\Phi \mathrm {I} (s)}$(7)

${\displaystyle T-T_{L}=J{d\omega \over dt}+F\omega }$en el dominio de Laplace${\displaystyle T(s)-T_{L}(s)=J{d\omega (s) \over dt}+F\omega (s)}$(8)

En la figura se describen varios parámetros como:

• ${\displaystyle K_{a}={1 \over R_{a}}}$ es la ganancia del rotor.
• ${\displaystyle \tau _{a}={L \over R_{a}}}$ es la constante de tiempo eléctrica .
• ${\displaystyle \mathrm {T} _{m}}$es el par motor.
• ${\displaystyle K}$es una constante que depende del flujo del campo.
• ${\displaystyle K_{m}={1 \over F}}$es ganancia mecánica.
• F es el coeficiente de fricción viscosa .
• ${\displaystyle \tau _{m}={J \over F}}$es la constante de tiempo mecánica , donde J es el momento de inercia de la carga.
• ${\displaystyle \omega (s)}$es la velocidad angular resultante .

La matriz de transferencia del sistema se puede escribir como

${\displaystyle \omega (s)={\begin{bmatrix}W_{1}(s)&W_{2}(s)\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}V_{a}\\T_{L}(s)\end{bmatrix}}}$(9)

dónde${\displaystyle W_{1}(s)={\frac {K_{a}K_{\phi }K_{m}\phi }{(1+\tau _{a}s)(1+\tau _{m}s)+K_{a}K_{m}(K_{\phi }\phi )^{2}}}}$(10)

${\displaystyle W_{2}(s)={\frac {K_{m}(1+\tau _{a}s)}{(1+\tau _{a}s)(1+\tau _{m}s)+K_{a}K_{m}(K_{\phi }\phi )^{2}}}}$(11) ^{[ 5 ]}

• Hamoodi, Safwan (2022). "Control de armadura de un motor de CC basado en controlador lógico programable". Przegląd Elektrotechniczny . 1 (5): 112– 116. doi : 10.15199/48.2022.05.20 .
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