¿Cómo reducir la corriente de arranque de un motor dc?

[Nardo_r]

Hola, buen día a todos.

Tengo una duda y no he encontrado información exacta para resolverla.

Estoy por usar un motor que de corriente máxima consume 9A, pero en el arranque del motor llega a consumir más 200A (suena alocado, pero eso dice la ficha técnica), para controlarlo pensaba usar un puente H que soporta hasta 43A y como lo pensaba controlar con PWM no sé exactamente si cada inicio del ciclo de trabajo consumirá la corriente de arranque.

He usado y visto en varios lugares que usan capacitores como se ve en la imagen, pero no sé de qué capacitancia y cuales debo de usar para suavizar corrientes de esa magnitud.

Saludos.

Siempre suyo, Nardo_r.

[Picuino]

Lo primero es entender cómo funciona.
¿Conoces el modelo interno del motor?

[Nardo_r]

¿Te refieres a si es con o sin escobillas?

[Picuino]

Un motor DC tiene escobillas.

Me refiero a que si entiendes cómo funciona el motor eléctricamente.
Cuáles son sus ecuaciones y si sabes predecir cómo se comportará. Por ejemplo en el arranque.

Algunos de esos datos los tendrás en la placa de características, pero te servirán de poco si no comprendes cómo funciona el motor internamente.

[Robert76]

Hola, añado al comentario de Picuino.
Más bien hay que comprender los principios físicos de energía y trabajo.
Y eso se aplica a todo cuerpo sometido a fuerza.
Si tú, vas a controlar un motor mediante PWM. No hay de que preocuparse de la corriente de arranque, si justamente un control así, permite arranques suaves a valores de corriente proporcional al esfuerzo.
A ciclos de duty pequeños de PWM, someterá a pequeños tiempos de inyección de corriente al motor, y el motor hará pequeños esfuerzos para girar. Y todo será proporcional.
Puedes añadir a tu sistema de PWM, un detector de corriente, así puedes saber si el motor por alguna causa está bloqueado. Pues si la corriente es alta a un bajo PWM, es un indicativo de problemas.
Por otro lado, la corriente de arranque directo de cualquier motor, es relativamente alta, porque debe alcanzar su velocidad de régimen en poco tiempo.
Ésto es debido a la elevada energía rotacional que debe alcanzar, en función del tiempo.
Haciendo una analogía,  es cómo si tú levantas desde el suelo, un cuerpo de 10kg y lo colocas sobre una mesa, en un tiempo de 5". Ésto puede resultar relativamente fácil.(PWM)
Ahora haz el mismo trabajo, pero en un tiempo de 0.2".(Arranque directo)

[Jorge555]

Los condensadores que ves en las imagenes del motor se suelen poner para eliminar el ruido de conmutación de las escobillas, uno entre bornes y otros dos entre el borne y la carcasa.

El pico de corriente ocurre cuando el motor está totalmente parado, la corriente máxima que puede pasar por él depende de la resistencia y el bobinado.

Cuando un motor se está moviendo la corriente que pasa por el es mucho menor, y a más velocidad menor corriente ya que se genera una fuerza contraelectromotriz. Por lo que cuando aplicas PWM el motor ya se está moviendo y la corriente que pasa por él no es la misma que la de arranque.

Este es un buen enlace sobre el motor y la frecuencia del PWM y el paso de corriente por el motor en función del PWM: https://www.precisionmicrodrives.com/content/ab-022-pwm-frequency-for-linear-motion-control/

Ahí puedes ver el modelo interno de un motor: resistencia, bobina y fuente de alimentación proporcional a la velocidad de grio.

Para limitar la corriente de arranque si puedes poner elementos en serie con el motor, pero primero tienes que ver que intensidad aguanta el puente en H, el pueste en H tendrá una intensidad máxima continua y otra máxima de pico que se le puede aplicar durante unos pocos ms.

[Picuino]

Ese motor es bastante bueno, por eso tiene una corriente de arranque tan alta.

El rendimiento estará cerca del 90%, con solo un 5% de pérdidas de potencia en el cobre.
La mayoría de los motores DC pequeños tienen rendimientos muy bajos y pierden cerca del 50% de potencia en el cobre, por lo que tu motor es bastante mejor.
Parece un servomotor, no deberías manejarlo a la ligera.

Para poder deducir lo anterior y para comprender cómo funciona el motor, deberías conocer el modelo interno. Como ya te han dicho es muy sencillo se compone de un generador de tensión y una resistencia. Luego puedes agregarle más detalles, pero para empezar es suficiente.


Otro punto a comprender es la carga que tiene que mover el motor ¿Tiene mucha inercia? ¿Cambia mucho de un momento a otro?


Un saludo.

[Picuino]

Otra cosa. No pongas nunca condensadores en un motor conectado a un puente en H. Tienes que poner una red snubber con condensador y resistencia en serie, para no quemar el puente.

[Nardo_r]

Antes que nada, gracias por sus respuestas.
Sí, Picuino, sí se cómo funcionan, sólo que es la primera vez que comienzo un proyecto así desde cero, también creo que no lo había contemplado como lo menciona Robert76.
Me ayudará mucho tu enlace, Jorge555, gracias, creo que es lo que buscaba jeje.
Y así es Picuino, pero sí es un motor sin escobillas, no es a pasos y de 90% de eficiencia, tienes buen ojo.

Gracias nuevamente, saludos.

[Picuino]

No es cuestión de tener buen ojo, es saber calcular conociendo el modelo del motor.

Empiezo por imaginar una tensión de 200V.

La resistencia interna será: R = V / I_arranque = 200/200 = 1 Ohmio

La potencia nominal será: P = V * I_nominal = 200 * 9 = 1800 W

La potencia perdida en el cobre será:  P_cu = I_nominal^2 * R = 81 Vatios
Expresado en porcentaje: P_cu = 81w / 1800w = 4.5%

La potencia perdida en rozamiento aproximadamente será otro 5%

En total sale un rendimiento del 90%

Y ese valor saldría igual para cualquier otra tensión.


Como te decía. Si dominas las ecuaciones del motor llegarás mucho más lejos.
No es solo cuestión de conocerlas como el que tiene un trofeo colgado en la pared, hay que saber manejarlas.

Un saludo.

[Picuino]

Para controlar la corriente tendrás que aportar con el puente en H casi la misma tensión que el generador interno del motor.
Si las tensiones difieren mucho, la corriente aumentará y puedes llegar a quemar el motor o el puente.

Ten en cuenta que una corriente de 40A genera un calentamiento interno del motor 20 veces mayor que una corriente de 9A. Eso puede quemar los devanados en pocos segundos.

Te recomiendo que midas corriente o tensión interna del motor (back-emf) para limitar las corrientes.


Otro problema es el frenado. Si intentas alimentar al motor con una tensión menor que su generador interno, el puente en H absorberá potencia del motor inyectando corriente en la tensión de alimentación. Si alimentas a baterías no hay problema porque estas se recargan. En otro caso el frenado quemará la electrónica.
Otra solución es instalar una resistencia de frenado donde disipar toda la potencia (como hacen los trenes).

Un saludo.