Caso práctico: Inductor para limitar corriente en motor de CC

Checklist de elaboración y verificación del esquema
– Identifica alimentación, retorno (GND) y trayectoria completa de corriente.
– Coloca el inductor L1 en serie con el motor y define un camino de libre circulación con un diodo.
– Añade un shunt de baja resistencia para medir corriente y define puntos de medida.
– Revisa polaridades: +V arriba, GND abajo; diodo con cátodo a +V.
– Valida que no haya nodos flotantes ni extremos abiertos.
– Etiqueta todos los componentes coherentes con la lista de materiales.

Objetivo
– Limitar la corriente de arranque de un motor DC usando un inductor en serie (L1), observar la rampa de corriente y verificar la reducción del pico de arranque respecto a la conexión directa.

Topología (resumen)
– +V → S1 (interruptor) → L1 (inductor serie) → M1 (motor DC) → R1 (shunt) → GND.
– D1 (diodo Schottky) en paralelo a toda la rama de potencia (desde el nodo tras S1 a GND) para ruta de libre circulación al abrir S1.

Mediciones (resumen)
– V_MOT: tensión en el motor (nodo entre L1 y M1).
– V_SH: caída en el shunt R1 para calcular I_MOT = V_SH / R1.
– Comparar tiempos de subida de corriente con y sin L1.

Materiales

• 1 × Fuente DC regulable 6–12 V (≥2 A)
• 1 × Motor DC de 6–12 V (M1)
• 1 × Inductor de potencia 2.2 mH, ≥2 A (L1)
• 1 × Diodo Schottky 3 A, ≥30 V (p. ej., SS34) (D1)
• 1 × Interruptor SPST o pulsador (S1)
• 1 × Resistor shunt 0.10 Ω, 2 W (R1)
• 2 × Cables de medida para osciloscopio o multímetro
• Varios cables de conexión y protoboard o regleta
• 1 × Multímetro; opcional: 1 × Osciloscopio

Guía de conexionado

• Conecta el positivo de la fuente (+V) al terminal superior de S1.
• Desde el terminal inferior de S1, cablea al terminal superior de L1.
• Desde el terminal inferior de L1, lleva un cable al terminal positivo del motor (M1).
• Conecta el terminal negativo de M1 al terminal superior de R1 (shunt de 0.10 Ω).
• Conecta el terminal inferior de R1 a GND de la fuente.
• Conecta D1 con su cátodo al nodo entre S1 y L1 (después de S1) y su ánodo a GND.
• Define puntos de medida:
• Vm: nodo entre L1 y M1 para V_MOT.
• Vsh: nodo entre M1 y R1 para V_SH.

Esquemático

                 +12 V
                  │
                ┌─┴─┐
                │   │  S1 (SPST)
                │   │
                └─┬─┘
                  │
                  ├───────────────────────────┐
                  │                           │
                ┌─┴─┐                         │
                │   │  L1 2.2 mH / 2 A        │
                │   │                         │
                └─┬─┘                         │
                  │                           │
                  ● Vm                        │
                  │                           │
                ┌─┴─┐                         │
                │   │  M1 Motor 6–12 V        │
                │   │                         │
                └─┬─┘                         │
                  │                           │
                  ● Vsh                       │
                  │                           │
                ┌─┴─┐                         │
                │   │  R1 0.10 Ω / 2 W        │
                │   │                         │
                └─┬─┘                         │
                  │                           │
                 GND                        ┌─┴─┐
                                            │   │  D1 Schottky 3 A
                                            │   │
                                            └─┬─┘
                                              │
                                             GND

Mediciones y pruebas

• Abreviaturas y cómo medir:

  • V_MOT: tensión en el motor. Mide con multímetro/sonda entre el punto Vm y GND.
  • V_SH: caída de tensión en el shunt R1. Mide entre el punto Vsh y GND.
  • I_MOT: corriente del motor. Calcula como I_MOT = V_SH / 0.10 Ω.
  • Si usas osciloscopio, coloca una sonda en Vm y otra diferencial o de referencia común en Vsh.

• Antes de energizar:

  • Verifica polaridades: cátodo de D1 al nodo posterior a S1; ánodo a GND.
  • Comprueba continuidad de la ruta +V → S1 → L1 → M1 → R1 → GND.
  • Asegura el valor de R1 (0.10 Ω) y su potencia (2 W) para evitar sobrecalentamiento.

• Prueba base (sin inductor):

  • Puentea L1 (corta temporalmente L1 con un cable) para simular conexión directa.
  • Aplica +9–12 V y acciona S1. Registra V_SH: calcula I_MOT_inrush = V_SH / 0.10 Ω.
  • Observa el pico de arranque y el tiempo de estabilización.

• Prueba con inductor (L1 en serie):

  • Retira el puente y deja L1 en serie tal como en el esquema.
  • Aplica la misma tensión de fuente. Registra V_SH e I_MOT en el arranque.
  • Compara el pico de corriente y la pendiente de subida respecto a la prueba base.

• Medición de V_MOT:

  • Mide V_MOT en el nodo Vm. Debería crecer más suavemente con L1 presente, reduciendo el dI/dt.
  • Observa que, al abrir S1, el motor se detiene y D1 conduce brevemente, evitando sobretensión.

• Resultados esperados:

  • Reducción del pico de corriente de arranque con L1 (típicamente 20–60% según motor y L).
  • Rampa de corriente más lenta: di/dt ≈ (V_suministro − f.c.e.m.) / L1.
  • Menor caída de tensión en la fuente durante el arranque y arranque más suave del motor.

Errores comunes

• Colocar D1 al revés: si el ánodo queda al nodo de +V, el diodo conduciría en directo y cortocircuitaría la fuente.
• Usar un inductor de señal (baja corriente): saturará y no limitará el pico.
• Omitir el shunt o usar un valor alto: alterará la corriente del motor y las medidas.
• Abrir S1 sin D1: aparecerán picos elevados de tensión por la energía almacenada en L1+M1.

Seguridad

• No superes la tensión nominal del motor.
• Vigila la temperatura de R1 y L1 en pruebas prolongadas.
• Evita cables finos para la rama de potencia; usa conductores adecuados a la corriente.
• Desconecta la fuente antes de reconfigurar el cableado.

Mejoras y variantes

• Añadir un condensador cerámico de 100 nF directamente en bornes del motor para reducir el ruido conmutado.
• Probar distintos valores de L1 (1 mH – 4.7 mH) y comparar di/dt e impacto en el par de arranque.
• Sustituir el shunt por una pinza amperimétrica DC para medir I_MOT sin inserción.
• Implementar un “soft-start” activo con PWM y comparar con la solución pasiva con L1.

Verificación final

• El esquema cumple: +V arriba, GND abajo; todas las conexiones cierran lazo de corriente.
• Todos los componentes están etiquetados y con valores realistas (S1, L1, M1, R1, D1).
• Los puntos de medida están marcados en el cableado (● Vm, ● Vsh) y definidos en texto.
• No hay nodos flotantes: al abrir S1, la corriente libre circula por D1 hacia GND.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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