Ecuación del circuito de par y velocidad del motor de CC, ¿por qué se cambia la corriente mientras el voltaje es constante?

Las especificaciones del motor de CC son en realidad una mezcla de números que no se correlacionan entre sí directamente de la forma que usted piensa, y los números de la placa de calderas pueden ser muy confusos.

En su caso, indica que continúa con un par de 3 Nm. y una velocidad de 90 rpm. Si eso implica que se ejecutará a 90 RPM con una carga de 3 Nm está abierto a interpretación. 90 RPM también podría ser una velocidad de carga sin eje a 12V de voltaje aplicado. El par y la corriente a esa velocidad serían despreciables.

12A es la corriente máxima con la que se puede conducir sin quemar el cable de la bobina.

El par de torsión de 3 N.m es una indicación de la potencia nominal del motor. Es decir, no debe sobrecalentarse cuando se ejecuta de forma continua a esa corriente.

Al diseñar con motores, es prudente ignorar la mayoría de esos números de marketing y mirar las curvas de calificación publicadas. Esos, una vez que entienda cómo leerlos, le dirán mucho más acerca de cómo funcionará el motor y cómo manejarlo.

Supongo que crees que un motor de CC que tiene

• ruta magnética ideal sin saturación (= lineal)
• conmutación perfecta
• imanes permanentes
• alguna resistencia R

Reescribamos tu ecuación idealizada sin divisiones que no sean útiles sin la composición matemática:

U = I * R + A * W

donde U = la tensión de entrada, I = la corriente consumida por el motor, R = resistencia total del circuito, A = la estructura y la constante material del motor, W = la velocidad de rotación como radianes / segundo.

Nota: A * W es el voltaje inducido.

La electrodinámica elemental nos da otra ecuación entre el par T y la corriente:

T = A * I

Este par de torsión es necesario para 2 propósitos:

• para acelerar la velocidad de rotación del motor y la posible masa externa unida al eje
• para ganar las pérdidas por fricción dentro del motor y en la carga

Si no hay pérdidas por fricción, la velocidad de rotación aumenta hasta que la tensión inducida es tan alta como la tensión de entrada. El motor no consume corriente y la velocidad de rotación es constante (= U / A). R significa ahora nada porque I = 0.

Si tiene alguna fricción, el comportamiento del sistema depende en gran medida de cómo se relaciona la fricción con la velocidad de rotación W.

Si la fricción es un par constante Tf que no depende de la velocidad, el motor toma una corriente I = Tf / A. La velocidad alcanzada es menor que U / A, es (U - I * R) / A

En la práctica, el par de fricción Tf es primero el más alto en el arranque, luego cae cuando la rotación ha comenzado y finalmente aumenta cuando la velocidad de rotación aumenta. Esto hace que sea difícil calcular exactamente la velocidad alcanzada y la corriente. Pero seguramente es posible si las relaciones son conocidas.

Los motores prácticos tienen algunos trucos internos que intentan reducir la pérdida de velocidad causada por la fricción y la resistencia. Un truco elemental es agregar una bobina de magnetización adicional y poner la corriente del motor a través de ella. Esto hace que A no sea constante, pero diseñándolo cuidadosamente, la caída de la velocidad de rotación se puede mantener sustancialmente más pequeña con pares moderados.

Es muy posible que la pérdida de velocidad causada por un par externo de 3 Nm sea tan pequeña que no lo haya notado. Esto es posible incluso si no se aplican trucos para reducir la pérdida de velocidad. Desafortunadamente no tengo especificaciones de motor adecuadas para verificarlo.