Chuck Yung
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA

Hace mucho tiempo, los motores de corriente continua funcionaban con baterías o con grupos motor-generador. Durante los últimos 50 años, la mayoría de los motores de corriente continua han funcionando con fuentes de poder de estado sólido - rectificando la corriente alterna en corriente continua. Cuando los motores comenzaron a funcionar con corriente rectificada, uno de los problemas detectados fue la presencia del "rizado" en los cables que se suponía tenían que entregar la corriente continua a la máquina. En ausencia de una norma específica, una pregunta muy frecuente es: "¿Cuánto rizado es demasiado?" Antes de tratar de sugerir una respuesta a esa pregunta, vamos a hablar de lo que es el rizado y de explicar por qué no es conveniente.

Un texto consultado describe el rizado como "la pequeña variación periódica residual no deseada de la corriente continua (C.C.) de salida de una fuente de alimentación... desde una fuente de corriente alterna (C.A.) en origen." Expresamos el factor de rizado como la relación entre el voltaje eficaz C.A. (RMS) y la tensión C.C. Este se expresa generalmente como porcentaje. Dado que cuando se utiliza un osciloscopio es más fácil medir la tensión pico-pico, el rizado de la frecuencia a menudo se expresa como la relación entre el voltaje pico-pico C.A. y el voltaje C.C.

Rectificación de onda completa
Aquellos que tienen experiencia con fuentes de alimentación rectificadas (o en la solución de problemas), como los que ocurren en el típico tablero de ensayos del centro de servicios, saben que la rectificación de onda completa es "mejor" que la salida que se obtiene de un rectificador de media onda. Las siguientes fórmulas ilustran eso:

Onda completa: Vpp = I / 2FC

Media onda: Vpp = I / Fc

donde:
Vpp es la tensión de rizado pico-pico
I es la corriente
f es la frecuencia C.A.
C es la capacitancia

El rectificador de onda completa puede producir el 130% de la tensión de entrada C.A., mientras que la rectificación de media onda sólo produce aproximadamente el 90% de la tensión de entrada de la fuente.

Aparte de todos los problemas que causa el rizado en las radios y televisores, existe una preocupación más inmediata en todos los que estamos involucrados con los motores eléctricos. En primer lugar, tanto la corriente alterna como la corriente continua, contribuyen al calentamiento de los devanados. Mientras que la corriente continua es transportada uniformemente por el conductor, la corriente C.A fluye por su superficie. Cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente alterna esta estará más cerca de la superficie. Por lo que el calor adicional generado por la corriente alterna debe ser motivo de preocupación

Para evaluar la corriente RMS, usaríamos:

En segundo lugar, cuanto más grande es el rizado, más afecta la conmutación. Uno de los síntomas de rizado excesivo es la coloración azulada del colector, en lugar de una pátina color chocolate normal. Otra es el chisporroteo crónico, a pesar de nuestros mejores esfuerzos para ajustar el punto neutro. Cuando el punto neutro, la presión de los resortes, la distancia entre las escobillas y el grado de las escobillas sean los correctos, el chisporroteo que ocurre en la superficie de contacto entre las escobillas y el colector puede ser un síntoma de voltaje de rizado.

Más grande no siempre es mejor
Los drives modernos utilizan un condensador para suavizar el rizado. En un drive bien diseñado, el condensador está dimensionado para condiciones de carga normales. A medida que la carga disminuye, el rizado aumenta. Una fuente de alimentación excesivamente robusta podría tener más voltaje de rizado que un drive que esté trabajando cerca de su capacidad. Con esto en mente, he aquí algunas indicaciones clásicas de un problema de rizado:

• Una fuente de alimentación de campo que parece que produce chisporroteo con debilitamiento de campo, pero no a la velocidad base.
• Un motor que trabaja con un drive sobre-dimensionado en exceso. ("Vaya, solo necesitamos un motor de 150 hp, pero utilicemos ese drive de 400 hp que tenemos en stock.")
• Un motor de corriente continua que chisporrotea más con una carga liviana que cuando trabaja con cargas más pesadas. Un ejemplo podría ser un extrusor o mezclador que se utiliza para productos con consistencias diferentes.

Idealmente, un técnico puede evaluar una fuente de alimentación utilizando un osciloscopio. En el mundo real, esto no siempre es posible. Una revisión preliminar utilizando equipos de baja tecnología consiste en utilizar un amperímetro C.A. y un amperímetro C.C. para medir la corriente en los cables del campo y luego en los de la armadura. Si se mide corriente alterna, tome nota del valor, a qué voltaje y bajo qué condiciones de carga. Si el debilitamiento del campo produce una mayor relación entre la corriente alterna y la corriente continua, esto sugiere que podría cambiarse el tamaño del condensador de salida, para reflejar mejor la carga. La misma comparación se debe hacer en el circuito de la armadura - dentro de todo el rango normal de carga.

Utilizando un amperímetro de verdadero valor eficaz
Documente las tensiones de C.A. y C.C., como también las corrientes de las fuentes de alimentación de campo y armadura. El uso de un amperímetro de verdadero valor eficaz y un instrumento convencional para medir valores pico, es una práctica común para comprobar los armónicos de una fuente de alimentación de C.A. Si con el instrumento de verdadero valor eficaz se obtiene una lectura más alta, esto nos da un gran indicio de que existe la presencia de armónicos (es decir, frecuencias, aparte de la frecuencia de línea). La literatura sugiere que cualquier contenido de armónicos por arriba del 5% debe ser tratado. La IEEE 519 establece un límite del 5% de distorsión armónica para el voltaje y un límite del 3% para armónicos individuales. La impedancia del sistema hace que sea difícil asignar una serie finita de armónicos de corriente. (Ver tablas 10.2 y 10.3 de la IEEE 519 para los límites de tensión y corriente, respectivamente.) La IEEE 113: Procedimientos de Prueba para Máquinas de Corriente Continua, que se dejó sin efecto, sugiere un límite de 2% para el voltaje de rizado de las fuentes de voltaje de corriente continua. Esta también establece más adelante que, "Si un condensador se utiliza para bloquear la componente C.C. del voltaje, deberá tener el tamaño suficiente para que la caída de tensión C.A. a través del condensador sea inferior al 2% de la componente de corriente alterna de la tensión medida."

Con los variadores de velocidad (ASD), que la mayoría de nosotros llamamos VFD (variadores de frecuencia), se pueden utilizar filtros o reactores de red para mejorar la forma de onda.

Límite del 5% al 10%
En cuanto al valor de rizado que se considera demasiado en una fuente de corriente continua, varios ingenieros han sugerido un límite entre el 5% y el 10% a plena carga. El límite del 5% se basa en textos de ingeniería y concuerda con las normas de armónicos (vea el artículo publicado en la revista Currents de EASA en Marzo de 2004 “Coil Pitch and Search for the Perfect Sine Wave”.

En caso que el valor de rizado sea más alto se debe consultar al fabricante del drive. Conociendo las condiciones reales de funcionamiento, un ingeniero especialista en drives, deberá ser capaz de mejorar el tamaño del condensador para suavizar el rizado.

Un método de baja tecnología para reducir el rizado, consiste en instalar un puente rectificador de onda completa entre la fuente de alimentación y el motor, para rectificar aún más la alimentación de C.C. Sin embargo tenga cuidado cuando considere utilizar este método. El rectificador "fijará" la polaridad de salida. En otras palabras, independientemente de la polaridad de la corriente continua en el rectificador, la polaridad de la salida permanecerá constante. Hay otras aplicaciones en las cuales este conocimiento puede resolver otros problemas, pero asegúrese de que su cliente no está intercambiando la polaridad del campo para cambiar el sentido de giro de un motor pequeño.

DISPONIBLE EN INGLÉS

Categories: DC motors, Design/theory/application

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