Par, reacción del inducido y regulación de velocidad en máquinas de corriente continua

Par Desarrollado en Máquinas de Corriente Continua

El par que actúa sobre la bobina colocada en un campo magnético, por la cual circula corriente, es un concepto fundamental en las máquinas de corriente continua (CC). Si la fuerza electromotriz (f.e.m.) generada en el inducido es de E voltios y circula una corriente de I_a amperios, la potencia de entrada o salida de dicho inducido será P = E ⋅ I_a vatios.

Sin embargo, si se prescinde de toda clase de pérdidas, esta potencia debe ser igual a la potencia mecánica que entra o sale del rotor, la cual se expresa como P = M ⋅ ω vatios, donde M es el par y ω es la velocidad angular.

Igualando ambas expresiones y despejando el par, obtenemos:

M = E ⋅ I_a / ω Nm

Y sustituyendo E por su valor según la ecuación de la tensión media total inducida (E = Φ ⋅ Z n_r P / a V), el par medio desarrollado se calcula como:

M = (Φ ⋅ Z ⋅ I_a / 2π) ⋅ (P / a) Nm

Reacción del Inducido en Máquinas de Corriente Continua

Cuando una máquina de corriente continua funciona en vacío, no existe corriente en el inducido y el flujo en el entrehierro es producido únicamente por la fuerza magnetomotriz (f.m.m.) del inductor.

Al cerrarse el circuito del inducido sobre una resistencia de carga, aparece una corriente de circulación por los conductores del rotor. Esta corriente da lugar a una f.m.m. propia que, combinada con la del estator, produce el flujo resultante en el entrehierro de la máquina.

Por lo tanto, la reacción del inducido es el efecto que ejerce la f.m.m. del devanado inducido sobre la f.m.m. del inductor, lo que provoca una variación en la forma y magnitud del flujo del entrehierro respecto a los valores que la máquina presentaba en vacío.

Regulación de Velocidad en Motores de Corriente Continua

En un motor de corriente continua, la velocidad (N) viene determinada por la siguiente expresión:

N = k ⋅ (V - I_aR_a / Φ)

Existen tres procesos principales para la regulación de velocidad:

• Variando la tensión aplicada (V)

  Generalmente, no se puede actuar directamente sobre esta variable. Además, sería un sistema poco eficiente, salvo que se tratara de un motor con excitación independiente. Si se modifica V, varían tanto I_a como el flujo (Φ) en el mismo sentido que V, por lo que apenas se conseguirá una regulación significativa.

• Modificando el valor de la resistencia de armadura (R_a)

  Se añade una resistencia en serie con la resistencia del inducido. Mediante este sistema, no es posible obtener un aumento de la velocidad; solo se puede reducir esta. Además, presenta el inconveniente de consumir una energía que se desaprovecha completamente. La velocidad dependerá también de la intensidad absorbida.

• Cambiando el flujo por polo (Φ)

  Este método se puede implementar de dos maneras:

  • En paralelo: Se intercala una resistencia variable en serie con el devanado inductor. De esta forma, se reduce el flujo y, consecuentemente, aumenta la velocidad.
  • En serie: La reducción del flujo se consigue por medio de una resistencia variable conectada en paralelo con el inductor. Este es el sistema más económico.

Resistencia Crítica en Generadores de Corriente Continua

La resistencia crítica del devanado inductor depende directamente de la velocidad con que gira el generador. Tanto el valor de la f.e.m. en que se estabilizará la máquina como el de la resistencia crítica aumentan con la velocidad.

Si se aumenta la resistencia del arrollamiento del inductor hasta que la recta de carga sea tangente a la curva de magnetización, se alcanza un valor tal que cualquier aumento adicional de esta resistencia hará que la máquina se descebe (pierda su excitación) y su f.e.m. caerá a un valor muy bajo. Este valor de resistencia se denomina resistencia crítica.