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Frenado Eléctrico de motores de Corriente Continua
Frenado mecánico
Regla de la mano izquierda o regla de Fleming
Una corriente en un campo magnético produce una fuerza que no siempre es de acción motora
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Tipos de Frenado Eléctrico
1) Frenado en Contramarcha:
Por carga de arrastre
Conmutación de la tensión del inducido giratorio
2) Frenado Dinámico:
3) Frenado Regenerativo:
Se obtiene cuando los devanados del motorestán conectados para un sentido de giro, pero debido al momento de inercia gira en sentido contrario
Definición: Es el estado de régimen generador de la máquina de CC que se obtiene cuando E > U
Es el régimen generador de la máquina en el que la energía mecánica de las masas rotantes se transforma en energía eléctrica consumiéndose en una carga no vinculada con la red.
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
FRENADO EN CONTRAMARCHA (Carga de arrastre)La corriente no se invierte y tampoco el par: la máquina siempre trabaja como motor frenando la carga y tomando energía de la red
Ia=U−ER
U=IaR Ia=UR
U=−EIaR Ia=UER
U=EIaR
ω
Ia Ires<In Ibar= U/(Rs+rfca)
Característica artificial
de velocidad con rfca
ωo=U/Keф
ωres
Δωresn
-ωres
-ω
Característica natural
de velocidad
MOTOR
FRENADOSe invierte la velocidad y la Fem
1
2
3
1
2
3
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Calculo de la resistencia de frenado por carga de arrastre
U=−EIa Rsrfca
rfca=UEIadm
−Rs
En estado de frenado por carga de arrastre la Fem cambia de signo y la corriente no:
ω
Ia Ires<In Ibar= U/(Rs+rfca)
Característica artificial
de velocidad con rfca
ωo=U/Keф
ωres
Δωresn
-ωres
-ω
Característica natural
de velocidad
MOTOR
FRENADO
U=EIaR
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Conmutación del la tensión del inducido giratorio
Ia=−U−ER
−U=ke. IaR
Característica de velocidad en estado de frenado por inversión de la tensión de armadura.
=− Uke
− Rke
Iao=− U
ke
=− Rke
Ia
Se encuentra en el segundo cuadrante
Se obtiene cuando los devanados del motorestán conectados para un sentido de giro, pero debido al momento de inercia gira en sentido contrario
Ia=U−ER
U=EIaR
−U=EIaR Ia=− UER
MOTOR
FRENO
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
FRENADO EN CONTRAMARCHA (Conmutación del inducido giratorio)
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
FRENADO EN CONTRAMARCHA (Conmutación del inducido giratorio)
ω
Ires<In Ibar= U/(Rs+rfca)
Característica artificial
de velocidad con rfca
ωo=U/Keф
ωres
Δωresn
-ωres
-ω
Característica natural
de velocidad
Ia -Ia
-ωo=-U/Keф
-Ifinic Parada
Inversión
Característica artificial
En contramarcha
con rfca y -U
FRENADO MOTOR
MOTOR FRENADO
Frenado por conmutación de la tensión del inducido
Corriente inicial de frenado
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Calculo de la resistencia de frenado por conmutación del la tensión del inducido giratorio
−U=EIaR
UE=Ia RsrprevRreostrcc
rcc=UEIadm
RsrprevRreost
Mod Ia=UER
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Esquema Funcional de un mando reversible con frenado por conmutación de la tensión del inducido giratorio
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
FRENADO DINÁMICO
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Frenado dinámico del motor derivación
Es el régimen generador de la máquina en el que la energía mecánica de las masas rotantes se transforma en energía eléctrica consumiendose en una carga no vinculada con la red.
Ia= ERsrfd
rfd= EIadm
−Rs
Resistencia de frenado dinámico
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
ke=−Ia RsRfd
=−Rsrfd ke
Ia
Característica de velocidaden estado de frenado dinámico
La Ifd inicial depende de la pendiente, si rfd aumenta Ifd disminuye pero también el par de frenado
Frenado dinámico del motor derivación
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Ejemplo de circuito deconexiones y funcionalde un motor derivación con frenado dinámico
Frenado dinámico del motor derivación
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
FRENADO DINÁMICO EN ETAPAS
Al ir disminuyendo la velocidad (1Fr), el par de frenado disminuye, por ello se agregan etapas de frenado (1Fr2Fr) que aumentan la pendiente de la característica mecánica aumentando asi el par de frenado
La variación del flujo también modifica la pendiente de la característica de frenado Inicialmente frena con máximo flujo, (el debilitamiento de flujo aumenta la pendiente incrementando la corriente y el par electromagnético)
=−Rsrfd ke
Ia
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Comparación del frenado dinámico con el frenado por conmutación del inducido giratorio
Rapidez de la desaceleración: Para iguales corrientes de frenado inicial, el frenado por contramarcha es mas eficaz que el frenado dinámico.
Precición del alto o parada: En el frenado dinámico el par llega a cero y el acionamiento no tiende a girar en sentido contrario
Sencillez del esquema: El FD es mas simple con menor numero de elementos (mas económico y menos problemas de fallas).
Seguridad del frenado: En caso de una falta de energía eléctrica el frenado por contracorriente no funciona. El frenado dinámico con autoexitación o con una bateria de exitación de puede funcionar.Por ello el frenado de emergencia debe ser FD con autoexitación o con fuente de exitación independiente.
Consumo de energía eléctrica: para casos de frecuentes frenados el frenado por contramarcha consume considerable energía de la red. El FD no consume energía.
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Aplicaciones del frenado dinámico y por conmutación del inducido giratorio
Conmutación del inducido giratorio: accionamientos de contramarcha donde la desaceleración sirve para cambiar la dirección de marcha o para hacer un alto rápido. (Puentes gruas)
Frenado Dinámico: Mandos no reversibles o reversibles con parada en posiciones determinadas. (distribuidores giratorios, plataformas elevadoras, cabrestantes, etc)
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Comparación de las características de frenado
Dinámico
Carga de arrastre
Frenado del motor serie
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri
Frenado regenerativo del motor de CC
Definición: Es el estado de régimen generador de la máquina de CC que se obtiene cuando E > U
Este sistema de frenado permite reducir la velocidad de un vehículo transformando parte de su energía mecánica en energía eléctrica.En vehículos de baterías y vehículos híbridos, la energía es almacenada en un banco de baterías o un banco de condensadores para un uso posterior.
Uso en el automovilismo: (KERS) (Kinetic Energy Recovery System, sistema de recuperación de energía cinética) entró en vigor en 2009 en la competición de Fórmula 1. Funciona obteniendo la energía que se disiparía en forma de calor en las frenadas, acumulándola en un volante de inercia.
Si se aumenta la velocidad para que keΦω > U implica que ω > U/keΦ es decir ω > ωo (muy elevada en la práctica para uso en trenes o ascensores)
Se intensifica el flujo para obtener frenado regenerativo a velocidades menores que ωo
Si E > U la máquina funciona como generador entregando energía a la red. Para que E= keΦω > U solo requiere que se varie la velocidad o el flujo y no es necesario la desconexión de la red.
Frenado regenerativopor intensificación del flujo
Dr. Ing. Prof. Mario Guillermo Macri