Motores DC

Hola a todos! en esta entrada os voy a hablar un poco de un tema que me gusta mucho, y son los motores, en concreto los motores de corriente continua. En principio todo (o casi todo) el mundo sabe lo que es un motor de corriente continua, también deberíamos saber que disponen de dos terminales de conexión, que según como los conectemos el motor girará en un sentido o en otro. En esta entrada no voy a entrar en la teoría de los motores de corriente continua ya que es bastante larga, para eso podéis entrar aquí que esta muy bien explicado. Yo me voy a centrar más en como controlar ese motor desde un microcontrolador.

Para el control de motores existen principalmente 2 circuitos, controlador de 2 cuadrantes o semipuente (half-bridge), y controlador de 4 cuadrantes o puente completo (full-bridge). La diferencia entre estos dos controles es que en el de 2 cuadrantes el motor solo funciona en un sentido, mientras que en el de 4 cuadrantes podemos cambiar el ángulo de giro.

Cuadrantes de un motor DC

La imagen superior corresponde con los 4 cuadrantes del control en puente completo. En el primer cuadrante, tanto el par como la velocidad van en el mismo sentido, y con una tensión e intensidad positiva, esto quiere decir que el motor esta consumiendo energía, y esta girando hacia adelante. Si nos vamos al cuarto cuadrante, vemos que la velocidad y la tensión siguen siendo positivas, pero esta vez la corriente es negativa y el par también, esto quiere decir que estamos yendo hacia adelante, pero el motor está haciendo fuerza en sentido contrario, con lo que está frenando el motor. En el tercer cuadrante tenemos un caso similar al primer cuadrante, pero esta vez el motor funciona en sentido inverso, con corriente, tension, velocidad y par en el mismo sentido, mientras que en el segundo cuadrante pasa lo mismo que en el cuarto, la velocidad es negativa, pero el motor está aplicando un par positivo, con lo que estamos frenando.

En el control en semipuente, tan solo tenemos dos cuadrantes que se corresponden con una de las 2 columnas del control de 4 cuadrantes.

El funcionamiento del primer y el tercer cuadrantes son muy sencillos de entender, es decir aplicamos tensión y el motor gira, pero el funcionamiento de segundo y cuarto cuadrante puede ser un poco más complicado, aunque nada más lejos de la realidad. Lo que está sucediendo es lo siguiente. Imaginemos que tenemos un motor dc girando. si nosotros dejamos de aplicarle tensión, el motor por su inercia seguirá girando hasta que el rozamiento lo detenga, pero el tiempo que ha estado girando sin fuente de tensión conectada el motor ha pasado a convertirse en un generador que proporciona una tensión inversa a la que estábamos aplicando. Si dejamos el circuito abierto, esta tensión se genera pero se pierde. Ahora tenemos un motor dc girando y desconectamos la fuente de tensión, e instantáneamente cortocircuitamos los terminales del motor, la tensión inversa que genera el motor se le aplica a el mismo, es como si le aplicáramos una tensión inversa que intenta hacer que el motor gire en sentido inverso, con la peculiaridad de que esta tensión tiene la forma V=km·w , es decir que es proporcional a la velocidad, ergo conforme el motor se vaya parando, esta fuerza de frenado sera cada vez menor.

Esta corriente que utilizamos para frenar el motor, la podemos utilizar también para, por ejemplo cargar una batería  como sucede con el "kers" que utilizaban en la formula uno, que no era mas que cuando presionaban el freno, un motor dc se engranaba con la tracción y esta lo hacia girar generando energía a la vez que ayuda a frenar el monoplaza. Este freno también se utiliza cuando una maquina eléctrica de las que transportan pales esta bajando una cuesta. Lo que sucede es que el motor empieza a girar más rápido hasta que el mismo genera más tensión de la que le está aplicando la batería, con lo que la corriente cambia de sentido y empieza a frenar el motor hasta que la velocidad se reduce y la tensión de la batería vuelve a ser mayor que empieza a avanzar de nuevo.

Otro ejemplo de este tipo de frenado es el freno eléctrico que utilizan los autobuses y camiones, en este caso la corriente se disipa en forma de calor en unas resistencias de potencia.

En la próxima entrada os exlicaré como podemos implementar esto de forma sencilla, y en la siguiente veremos algunos ejemplos de circuitos que nos facilitan un poco las cosas.

Un saludo