Perdonen que de mi participación en este hilo tan tarde, pero quizá sea de alguna utilidad!
Quiero empesar con lo de aplicar una tensión a un motor DC. me gusta tomar como analogía los viejos trenes eléctricos a que los aficionados a este hobby se dedican. Se controla la velocidad del motor que mueve el tren, variando la tensión aplicada. Cuando mas baja la tensión a la que sometemos un motor DC, mas lento va a girar. E inversamente, cuando mas alta la tensión aplicada, mas rápido va a girar.
Dicho y escrito lo anterior unos detalles mas!
Un motor consiste de bobinas que a razón de sus campo magnético en conjunto con magnetos o partes de hierro, hacen que el motor gire. El campo magnético generado por las bobinas, se dice inducido, es cuanto mas fuerte cuando mas corriente fluya por los cables de las bobinas. Este cable, del que consisten las bobinas tiene un cierto diámetro y por lo tanto ofrece una cierta resistencia a la corriente que fluye a través de este. Esta resistencia que el cable de las bobinas ofrece a la corriente que fluye a través de este genera calor, lo que causa el calentamiento del motor.
Miremos el caso, donde algo bloquea la hélice de tu barco.
La ecuación I = U / R nos dice que cuando mayor es la tensión (U) que aplico mayor será la corriente que fluye (I). El valor de esta resistencia (R) en ohmios la puedes medir usando un multímetro y ya te cuento que el valor de esta resistencia es muy bajo! Es una de las causas por las cuales los reguladores de velocidad para motores DC tienden a quemarse cuando la hélice está siendo bloqueada por ejemplo por algas. Porqué?
La razón es que las bobinas crean un campo magnético inverso en su polaridad cuando más rápido giren mayor es este. Por lo tanto esta componente de la resistencia dinámica es igual a "0" cuando la hélice bloquea y así el valor de la corriente que fluye por el cable del que consisten las bobinas tendrá su valor máximo, en consecuencia el calor que se genera en el motor también tendrá un valor máximo. este valor máximo de corriente es el responsable que los variadores se quemen bajo esta circunstancia. Mientras el motor gira la resistencia a la corriente es mayor que aquella cuando el motor bloquea!
En analogía, si doblas la tensión a la que sometes un motor DC, el valor de la corriente que fluye a través de este será el doble también. El calentamiento del cable del que consisten las bobinas llega el punto donde quema la capa de aislamiento y así produce un corto, que acaba la vida de un motor!
Ahora es así que los variadores para el control de velocidad de motores DC no regulan la velocidad cambiando el valor de la tensión que llega al motor, sino que usan unos switches ultra rápidos, llamados MOSFET. Ellos limitan la cantidad de corriente que llega al motor. Si estos switches estan en la posición cerrada, la corriente fluye constantemente al motor y este girará a la velocidad máxima que está en relación a la tensión aplicada. Si estos switches solo dejan pasar lo corriente la mitad del tiempo, hacen esto miles de veces por segundo, el motor va a girar a la mitad de la velocidad máxima. Significa que si evitas girar el motor mas del 50% de la velocidad máxima y el regulador de velocidad del motor que usas resiste el doble de tensión, entonces al motor no le va a pasar nada. Pero no tendrás ventaja alguna.
Habiendo explicado esto, que nos dice la placa de tipo de un motor DC? Tomemos como ejemplo un motor DC que la placa indique que puede ser operado a 6 VDC y que pueda proveer 30 vatios, entonces esos nos dice que los cables de la bobina del motor tienen tal diámetro que resisten una corriente de 5A. La ecuación lo explica:
P (Vatios) = U (V) * I (A) = 6 VDC * 5 A = 30 VA = 30 W
Si otro motor DC, también de 30 W de potencia pero que requiere 12 VDC, este motor tiene bobinas con un cable que solo resiste la mitad de la corriente, tiene un diámetro menor:
P (Vatios) = U (V) * I (A) = 12 VDC * 2,5 A = 30 VA = 30 W
Así, mirando la placa de tipo de un motor sabemos que calidad tiene su implementación física, por ejemplo el diámetro de los cables de la bobina y también sabemos que resiste el calor originado por la resistencia del cable a la corriente. Dicho sea que el calor originado por la corriente aumenta con el cuadrado de la corriente, aquí la ecuación para el calor:
P = I * I * U
Otras cosas y explicaciones se aplican a motores sin escobillas, los BLDC. Aquí el control es mucho mas complejo y las relaciones que afectan su operación no son tan sencillas como en el casos de los motores DC.
Quizá algunos recuerden que mi afición son los motores de paso, allí en cierto punto también se aplican las reglas para motores DC, pero se aprovechan de modo muy diferente! Dicho sea que allí se escoge un motor que tenga que ser operado a una tensión lo mas bajo posible, por ejemplo 3 VDC, pero que también de 30 W. Aplicamos la misma ecuación:
P (Vatios) = U (V) * I (A) = 3 VDC * 10 A = 30 VA = 30 W
Esto nos dice que este motor tiene en sus bobinas un cable que resiste 10 A de corriente. Que pasa ahora si en vez de los 3 VDC le aplico 48 VDC?
P (Vatios) = U (V) * I (A) = 48 VDC * 10 A = 30 VA = 480 W
El motor puede proveer 16 veces la potencia? Porque no se daña? Porque el circuito que controla un motor de paso funciona limitando la corriente y controlando el valor de la corriente muy exactamente. Así, si al controlador le digo que el motor de paso no resiste mas de 10A, el se encargará, controlando igualmente unos MOSFET, que el valor de la corriente nunca pase de los 10 A!
Lo que al calentamiento del motor se refiere también allí se aplica la ecuación correspondient e idéntica:
P = I * I * U
Ahora la corriente no pasará de los 10 A, pero la tensión se multiplica 16 veces! vemos que mientras que para el calor generado en el motor el valor de la corriente entra con el cuadrado, el de la tensión so lo entra sencillo. El calor generado en el motor sería equivalente a si la tensión en un motor DC sería multiplicado por 4, lo que resulta en el valor de la tensión también multiplicado por 4 y no por 16 como en el caso del motor de paso!
Esta es una explicación porqué motores de paso tienden a calentarse bastante.
