Par y velocidad del motor de CC
Si debilitas el flujo de campo, ¿a dónde va la velocidad?
Como muestra el diagrama de barras, la fuerza contraelectromotriz Eb = kΦN casi iguala a la tensión en bornes V y la equilibra, así que la velocidad queda fijada por N = (V - IaRa)/(kΦ). Antes de bajar el control del flujo, elige abajo qué crees que hará la velocidad; fijarse en que Φ está en el denominador permite adivinar la respuesta de antemano. Ese resultado, en el que la intuición y la fórmula no coinciden, es la pregunta de esta lección.
La FCEM es el cerrojo que limita la corriente
El inducido de un motor también gira en el flujo y genera. Esta fuerza contraelectromotriz Eb = kΦN se opone a la tensión de alimentación, así que la corriente del inducido queda fijada por Ia = (V - Eb)/Ra, y cuanto mayor es la fuerza contraelectromotriz, menor es la corriente. En el instante del arranque, N = 0, así que Eb = 0 y la corriente V/Ra se vuelve muy grande; por eso los motores grandes limitan la corriente de arranque con un reóstato de arranque o una tensión reducida. La fuerza contraelectromotriz hace de cerrojo que frena la corriente.
El par es flujo por corriente
Un conductor con corriente dentro de un flujo sufre una fuerza F = BIl, y al sumar el par sobre todos los conductores del inducido se obtiene T = kΦIa. Cuando la carga crece, la velocidad baja un poco, la fuerza contraelectromotriz baja en la misma medida, Ia = (V - Eb)/Ra aumenta y el par crece con ella hasta alcanzar un nuevo equilibrio. Esta propiedad del motor de seguir a su carga sin ningún control aparte se debe a la fuerza contraelectromotriz.
Tres mandos para fijar la velocidad
N = (V - IaRa)/(kΦ) tiene tres mandos. El control por campo reduce Φ para subir la velocidad por encima de la nominal (potencia constante, alta velocidad); el control por tensión baja V para reducir la velocidad en un amplio margen por debajo de la nominal (par constante); y el control por resistencia mete una resistencia en serie con el inducido para bajar la velocidad, pero la pérdida en esa resistencia es grande y el rendimiento malo. Los tres solo se diferencian en qué término de la misma fórmula tocan. Eso sí, si se corta el circuito de campo de un motor en derivación, Φ casi desaparece y la velocidad se dispara peligrosamente, así que en el circuito de campo no se pone un fusible ni un interruptor aparte.
De vuelta a la primera pantalla
Reducir el flujo hizo que el motor fuera más rápido porque la fuerza contraelectromotriz Eb = kΦN tiene que equilibrarse con una tensión en bornes casi constante. Cuando Φ disminuye en el denominador, el punto en que se recupera el equilibrio es una N mayor. En la misma fórmula N = (V - IaRa)/(kΦ), bajar V baja la velocidad, y también la baja aumentar IaRa con una resistencia en serie. El par es T = kΦIa, el producto del flujo por la corriente, y cuando cambia la carga, la fuerza contraelectromotriz cambia y la corriente la sigue, de modo que el par queda ajustado. La figura mantiene IaRa constante, pero conviene recordar que en la realidad, para dar el mismo par, la corriente del inducido tiene que crecer tanto como disminuye Φ.
El equilibrio de la fuerza contraelectromotriz es la raíz de todas las características que muestra un motor de continua. Según se conecte el campo en serie o en paralelo, cambia la relación entre Φ e Ia, y aparecen las distintas curvas par-velocidad de los motores serie, derivación y compuesto. La próxima lección trata la característica externa y el cebado de la tensión cuando la misma máquina funciona como generador (MC-B4). Allí también el punto de partida es Eb = kΦN.