República Bolivariana De Venezuela

Ministerio Del Poder Popular De Petróleo Y Minería

Centro de Educación y Formación

Facilitador(es): Álido Castro, José Bermúdez

Módulo: Control De Motores Eléctricos

Oficio: Electricidad De Mantenimiento

Control De Velocidad De Motores De Corriente Continua

Realizado Por:

Edgar Jansasoy #12

Luis Revilla #19

Puerta Maraven, Día 21 de Septiembre Del año 2015

Índice

*Introducción

*Desarrollo

-Generalidades sobre el control de velocidad de motores CC

-Métodos de control

-Control de velocidad a potencia y par constante

-Control de velocidad del motor shunt por variación de campo

-Control de velocidad por resistencia de inducido

-control de velocidad por variación de resistencia serie y paralelo con el inducido

-Control de velocidad con fuentes de tensión ajustable

-Sistema WARD-LEONARD para el control de velocidad de un motor shunt.

*Conclusión

*Bibliografía

*Anexos

Introducción

Los motores eléctricos de corriente continua Corresponde el tema principal en este trabajo, definiéndose en el mismo los temas de más relevancia para el caso del control de velocidad de dichas máquinas mediante distintas maniobras o configuraciones para los determinados tipos que clasifican a los motores DC; bien sea los de clase shunt o derivados, como los serie

Un motor eléctrico de Corriente Continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.

El movimiento giratorio de los motores de C.C. se basa en el empuje derivado de la repulsión y atracción entre polos magnéticos. Creando campos constantes convenientemente orientados en estator y rotor, se origina un par de fuerzas que obliga a que la armadura (también le llamamos así al rotor) gire buscando "deliberadamente" la posición de equilibrio.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria.

Desarrollo

Generalidades sobre el control de velocidad de motores DC: Las ecuaciones que definen el accionamiento de un motor de corriente continua son las siguientes:

Va = IaRa + Ec ------- Tensión inducida al motor, que se obtiene aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff o LVK

Ec = k1Φn --------- Fuerza Contra-Electromotriz o F.C.E.M., depende directamente del flujo y las revoluciones que tome el rotor y de los polos y número de espira como constantes del aparato

T = K2IaΦ ---------- Par motor creado al momento de arranque, la cual depende de la corriente de armadura, y a su vez, del flujo de excitación generado.

Donde K1 y K2 son constantes de proporcionalidad. De las ecuaciones anteriores se obtiene:

N = Ec/K1Φ = (Va-IaRa)/K1Φ

Esta es la ecuación general para la velocidad de los motores de corriente directa. En la cual se observa que la velocidad de estos motores, se puede controlar al variar el voltaje aplicado a la armadura (VA), al variar la resistencia de armadura (RA) y al variar el flujo (Φ). La variación de estas magnitudes puede efectuarse, de forma muy simple y económica, utilizando resistencias ajustables denominados reóstatos de control de velocidad. También puede efectuarse mediante el uso de fuentes de voltaje ajustable, con un poco más de costo, para la obtención de dichas fuentes, pero con mínimo consumo de energía de control.

El motor serie se utiliza en el accionamiento donde se requiere un par de arranque muy alto y control de velocidad de cero hasta su velocidad nominal, con ajuste de la tensión aplicada a la armadura.

Los motores shunt y compound se prestan a un control de velocidad más amplio, debido a que además del ajuste del voltaje aplicado al inducido, para lograr velocidades desde cero hasta la nominal, se puede variar el campo paralelo para lograr ajustes por encima de la velocidad nominal.

Métodos de control de velocidad de motores DC: En los accionamientos industriales que utilizan motores de c.c. el control de la velocidad se puede efectuar por dos métodos generales: mediante el uso de reóstatos controladores o mediante el uso de fuentes de tensión ajustable.

El control utilizando reóstatos controladores de velocidad incluye:

-Control de campo, que utiliza un reóstato (RF) en serie con el arrollamiento de campo de los motores shunt o compound. –Variación de resistencia de inducido o de armadura, utilizando un reóstato (Rs) en serie con el circuito de armadura en cualquier tipo de motor de c.c. Con lo cual ser varía el voltaje de armadura. –Variación de resistencia serie y paralelo con el inducido, utilizando un reóstato serie (Rs) y otro paralelo (Rsh) con la armadura, lo cual permita la variación de Va y de Ia.

El control de velocidad con fuentes de tensión ajustable incluye:

-Grupos motor-Generador (M-G), que utilizan un motor de c.a. y un generador de c.c. para convertir la corriente alterna de la red en corriente continua, necesaria para el motor controlado. –Control electrónico, que utiliza elementos de estado sólido (tiristores) para obtener fuentes de voltaje de c.c. ajustable, a partir de la red de suministro de c.a. o de c.c.

Control de velocidad de los motores DC a potencia y par constante: La potencia mecánica entregada por cualquier motor, al eje de accionamiento está dada por la ecuación:

Hp = K3Tn

Donde K3 es una constante de proporcionalidad y depende de unidades en que se exprese el par desarrollado (T) y la velocidad del motor (n)

Un accionamiento con control de velocidad a par constante se logra si la corriente de armadura es la misma en los diferentes niveles de velocidad y se varía únicamente el voltaje aplicado a la armadura. Al mantenerse constante el flujo (Φ), es evidente que el par (T=K2IaΦ) también se mantiene constante, es decir con el mismo valor. Sin embargo, la potencia (HP =K3Tn) Varía directamente con la velocidad, tal como se observa en las características de par y potencia de la anterior figura

Control de velocidad del motor shunt por variación de campo: Este método de control de velocidad se obtiene siguiendo uno de los siguientes medios:

1- ) Colocando un reóstato de campo en un motor derivación o shunt DC: En este método, la variación de velocidad se lleva a cabo mediante una resistencia variable insertada en serie con el campo shunt. Un incremento en las resistencias de control reduce la corriente de campo y a su vez con una reducción de flujo y, un aumento de velocidad. Dicho método de control de velocidad es indiferente a la carga acoplada al motor. La energía perdida en el control de las resistencias es muy inferior en la corriente de campo que es un pequeño valor. Esta maniobra se puede implementar también en motores DC compound. Las limitaciones de este método de control de velocidad son las siguientes:

*La velocidad de arrastre no puede ser obtenida.

*Las velocidades elevadas o topes solo pueden ser obtenidos a un par o torque reducido.

*La velocidad es máxima a un mínimo valor de flujo, que se rige por el efecto de desmagnetización de reacción en el campo.

2- ) Control en la tensión de campo: Este método requiere un suministro de voltaje variable para el circuito de campo, que está separado de la fuente de alimentación principal al que está conectado el inducido. Tal tensión variable puede obtenerse también utilizando un rectificador electrónico

Control de velocidad por resistencia de inducido: La velocidad del motor es directamente proporcional a la fuerza contra-electromotriz y como sabemos, Eb = Va-IaRa. En otras palabras, cuando la tensión de alimentación V y la resistencia del inducido Ra se mantienen constantes, la velocidad es directamente proporcional a la corriente de inducido Ia. Así, si añadimos la resistencia en serie con la armadura, Ia disminuye y por lo tanto la velocidad disminuye. Cuanto mayor es la resistencia en serie con la armadura, mayor es la disminución de la velocidad. La velocidad más alta es cuando Ra = 0 es decir, la velocidad normal. Por lo tanto, este método sólo puede proporcionar velocidades por debajo de la velocidad normal.

Esto se aplica para el motor shunt de corriente continua. Se utiliza en imprenta, grúas, montacargas, donde las velocidades inferiores a una clasificación se utilizan para un breve período de tiempo.

Control de velocidad por variación de resistencia serie y paralelo con

el

inducido: Para el control de motores de corriente continua este es otro método denominado técnica serie-paralelo. Éste es el método utilizado normalmente en tracción conectando dos o más motores series, acoplados mecánicamente a la misma carga.

Cada vez que la serie de motores esté conectada en secuencia (serie) como se muestra en la figura, todas y cada una de las armaduras de los motores recibirán la mitad de la tensión nominal. Por lo tanto la velocidad será menor. Si los motores están conectados paralelamente, cada una de las armaduras de los motores recibirán en su totalidad la tensión inducida, y por lo tanto, la velocidad es también alta. De esta manera, se puede lograr obtener dos velocidades (alta o baja) mediante la conexión del motor, ya sea en serie o en paralelo.

Este método en serie-paralelo se emplea generalmente con el control de la resistencia. Por ejemplo, dos series de motor están acopladas mecánicamente para conducir un vehículo.

Los motores, a su vez, se conectan en serie una resistencia de arranque a las armaduras. Dicha la resistencia se verá reducida gradualmente paso a paso en aumento a la velocidad. Cuando la totalidad de la resistencia corte paso a paso la tensión suministrada a cada uno de los motores esta será casi la mitad de la tensión de línea y además la velocidad también será mayor en un 50%.

Para incrementar la velocidad del motor, entonces los motores deberán conectarse en paralelo y las resistencias en serie conectados a dichos motores al mismo tiempo. La resistencia de arranque será nuevamente reducida gradualmente al punto de que se logre la velocidad máxima del motor (es decir, la nominal). En ese momento se logra un control de campo.

Control de velocidad con fuentes de tensión ajustable: Hay algunas desventajas para el método de control de flujo y el método de control de la armadura, como la mala regulación de la velocidad y además la baja eficiencia. El método de control de voltaje supera estos problemas.

En este método, la fuente de tensión que suministra la corriente de campo es diferente del que suministra la armadura. Este método se utiliza para motores de gran tamaño ya que es muy costoso.

Para efectuar esta forma de control de velocidad, el campo de derivación está conectado a una tensión de excitación fija, y la armadura se suministrará con tensiones diferentes. Así el voltaje que pasa a través del inducido cambia con la ayuda de dispositivos conmutadores adecuados. La velocidad del inducido es aproximadamente proporcional a la tensión que pasa a través de la armadura.

Sistema WARD-LEONARD para el control de velocidad de un motor shunt: Este sistema se utiliza cuando se requiere control de velocidad muy sensible del motor (por ejemplo, las excavadoras eléctricas, ascensores, etc.) La disposición de este sistema es como se muestra en la siguiente figura:

Dónde:

*M2 es el motor cuyo control de velocidad es requerido.

*M1 puede ser cualquier motor de AC o motor DC con velocidad constante.

G es el generador directamente acoplado a M1.

En este método, la salida del generador “G” de corriente directa alimenta a la armadura del motor shunt “M2” cuya velocidad es para ser controlada. El generador es conducido además por un motor “m1” de corriente alterna, el cual gira a una velocidad constante. La tensión de salida del generador G se puede variarse desde cero hasta su valor máximo, y por tanto la tensión del inducido del motor M2 se varía muy suavemente. Y mediante ello, el suave control de velocidad del motor se puede obtener por este método.

Conclusión

En los motores de corriente continua (c.c.) concurren una serie de características que les hace especialmente indicados para ciertas aplicaciones, por lo que cada día son más empleados en el ámbito industrial.

La amplia gama de velocidad que ofrecen, su fácil control y la gran flexibilidad de las curvas par-velocidad de este tipo de motores, así como el que presenten un alto rendimiento para un amplio margen de velocidades, junto a su elevada capacidad de sobrecarga, los hace más apropiados que los motores de corriente alterna para muchas aplicaciones.

La idoneidad de este tipo de motores para arrastrar máquinas que precisen una amplia gama de regímenes de velocidad con un preciso y ajustado control de las mismas, han provocado que últimamente, estos motores tengan más presencia en diversos procesos industriales que requieren de esta característica. Además de todo lo anterior dicho, cuentan con tamaños muy reducidos y no contaminan el medio ambiente.

Bibliografía

http://www.asifunciona.com/

http://www.electrical4u.com/

http://www.electricaleasy.com/

http://www.edgefx.in/

http://www.studyelectrical.com/

http://www.mytech-info.com/

Libro “control de máquinas eléctricas” Por Irving L. Kosow.

Libro “Control industrial de motores eléctricos” Por A. Ruiz Castro. U.L.A.

Anexos