Ciclos de funcionamiento y ciclos de frenado usando MOSFET para motor CC

En el siguiente gráfico vemos de manera muy clara cuál es el circuito que seguirá la corriente para los casos (seleccionados al azar) de giro en avance – forward (arriba a la izquierda) y de retroceso – backward (abajo a la izquierda). Podemos apreciar con claridad cómo el motor asume una polaridad en un sentido de funcionamiento y cómo cambia el sentido de giro al invertir la conexión de positivo y negativo según la manera en que se activen los transistores indicados en color azul para cada caso correspondiente. Los potenciales de operación se indican con la sigla "Vo" y adquieren una determinadapolaridad de acuerdo a, como mencionamos antes, la activación oportuna de los transistores indicados en color azul.

En los motores de CC de imán permanente, como los que empleamos en este artículo, al interrumpir el suministro de energía, continúan girando de acuerdo a la inercia de los mecanismos que puedan tener acoplados a su eje. Es decir, si un motor posee un gran volante en su terminación mecánica, puede resultar que, al interrumpir la tensión de funcionamiento, la inercia del volante procure hacer girar el eje del motor muchas vueltas más y esto ocasione un movimiento indeseado de un determinado mecanismo. Por ejemplo, cuando se traslada una grúa puente a lo largo de una nave (galpón) y de repente se le interrumpe el suministro eléctrico o si se le corta la alimentación a los motores, la enorme inercia de tan extraordinaria estructura provocará que siga corriendo hasta el final del trayecto golpeando contra los parachoques de los extremos del recorrido. Quizás en su libre derrotero logre aminorar un poco la marcha gracias al rozamiento, pero sin un freno, aplicado de manera apropiada y a tiempo, el golpe puede ser muy duro al final del recorrido. En esta aplicación en particular (una grúa industrial) se utilizan motores AC, pero la comparación vale el ejemplo para demostrar la necesidad de un freno operativo en cualquier sistema mecánico lanzado en velocidad.

La forma de frenar un motor eléctrico lanzado en velocidad es provocando un cortocircuito o un puente eléctrico entre sus extremos de conexión. Al girar el eje mecánico de un motor de imán permanente se induce en sus bornes de conexión unafuerza electromotriz que depende de los parámetros constructivos del motor y de la velocidad que alcance el giro propuesto exteriormente. Es decir, el motor pasa a funcionar como generador eléctrico. Esta Vfem (tal como se indica en el diagrama anterior) puede ser anulada y/o bloqueada en forma controlada por los transistores de la ramas inferiores del puente H. Es decir, el frenado puede ser dominado a voluntadsi se aplica una señal PWM variable a los transistores encargados de controlar el frenado. Por el contrario, si la activación de los transistores es fija y directa, el frenado será aplicado en toda su capacidad. En estas circunstancias, los transistores realizan el trabajo duro de absorber la potencia que generan los motores durante el proceso de frenado y deben ser capaces de asimilarlo y disipar sin problemas el calor generado por esta energía.

Frenado regenerativo

Una forma útil e inteligente de aplicar un freno dentro de un puente H es lo que se conoce como frenado regenerativo. En lugar de provocar un puente eléctrico entre los bornes del motor, utilizando los transistores de las ramas inferiores del puente H, se aplica una técnica que permite utilizar la energía generada (Vfem) por el motor, en el momento en que ya no se desea seguir impulsando el sistema y se busca detener la marcha. Entonces, la energía que de otro modo se disiparía en los transistores en forma de calor puede utilizarse para recargar la batería durante el proceso de frenado. Cuando la tensión generada por el motor supera al voltaje de la batería en más de 1,4 Volts, se producirá una circulación de corriente que servirá para cargar la batería durante la operación del sistema.

La tensión de 1,4 Volts está justificada en que debe vencer la tensión de juntura de cada uno de los diodos que intervienen en el circuito. Por supuesto que este fenómeno dura un breve lapso de tiempo debido a que la propia circulación de corriente provoca un frenado inicial al motor, perdiendo velocidad y en consecuencia capacidad de generar energía. Luego, cuando ya no entregue una Vfem suficiente como para cargar la batería, se procede a efectuar un frenado tradicional, como vimos en el párrafo anterior, es decir, activando los transistores de las ramas inferiores del puente H. De este modo, podemos deducir que el frenado regenerativo no es tan eficaz desde el punto de vista mecánico, pero sí tiene una gran importancia desde el punto de vista eléctrico y funcional del sistema.

Una recuperación de tan sólo el 1% de la energía de un sistema de baterías correspondientes a un coche eléctrico puede significar un incremento importante en la autonomía final del vehículo. Mucho más relevante se vuelve aún un sistema de frenado regenerativo cuando se trabaja con vehículos impulsados por baterías que son cargadas conpaneles de energía solar. Para completar un diseño de alta performance, se podrían colocar optoacopladores en paralelo a los diodos encargados de hacer circular la energía de regeneración y detectar los momentos exactos en que dejan de conducir para dar paso al frenado convencional de manera inmediata. Los diodos de los optoacopladores dejarían de conducir al mismo instante y de este modo le indicarían al sistema de control que ya no hay recarga de batería por frenado que proceda a completar el frenado por activación de transistores.

Fuente: http://sepuedesisequiere.wordpress.com/
Asignatura: E.E.S
Ver: http://deividorozco.blogspot.com/