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7/25/2019 ndice de contenidos.docx

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1 PRINCIPIOS DEL MOTOR A INDUCCIN.. 1

2 PRINCIPIOS DEL CONTROL DE VELOCIDAD DE CA. 8

RE!ULACIN DE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR

AS"NCRONO POR VARIACIN DE #RECUENCIA..1$

$ Re%&'(ci)n de '( Ve'ocid(d de &n *oto+

(snc+ono con con,e+tido+ de -+ec&enci(

de ti+isto+es1

/ Cont+o' ,ecto+i(' de *oto+es (snc+onos..21

0 C'(si-ic(ci)n de 'os ,(+i(do+es de -+ec&enci(.2

ene-icios de 'os ,(+i(do+es de ,e'ocid(d..2$

8 i'io%+(-(.28

Cont+o' de Ve'ocid(d Medi(nte V(+i(do+es de -+ec&enci(

Accionamientos Elctricos

1 PRINCIPIOS DEL MOTOR A INDUCCIN

1.1 CONSTRUCCIN DEL MOTOR A INDUCCIN 3AULA DE ARDILLA

El +)to+ cilndrico est conectado con un eje. Est sostenido dentro del est4to+ medianterulemanes y tapas en los extremos donde est libre para girar. El esttor y el rtor estn

construidos de acero elctrico (silicio) .

El rtor tiene barras conductivas intercaladas dentro del mismo, las cuales estn

elctricamente cortocircuitadas por (ni''os conductivos. Cuando son energiados por una!uente de tres !ases, los bobinados del esttor inducen una corriente en las barras del rtor. "ainteraccin de campo magntico entre el rtor y el esttor causa un par en el motor,

(rotacin) .

El extremo del eje del rtor es usualmente conectado a un ventilador, #ue cuando rota, enva

aire de en!riamiento sobre el exterior del motor, e internamente por delante del rtor.

Figura 1.2: Construccin del Esttor Figura 1.3: Bobinados de un Esttor de 2 Polos


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1.2 OINADOS DEL EST5TOR

Como se puede ver en la !igura $.%. El esttor est construido de lminas de acero siliconado,

y ensamblado como un cilindro &ueco dentro de una carcasa de aluminio o &ierro de !undicin.

'n bobinado distribuido de tres !ases est acomodado en ranuras sobre la circun!erencia

interna. Cada uno de los tres bobinados de esttor tiene dos mitades, en lados opuestos del

esttor. "os bobinados estn dispuestos separadamente a $% uno del otro. Estos bobinados

estn descritos en la *igura +.$. "a sensibilidad de los bobinados es tal #ue, cuando la

corriente pasa a travs de cada bobinado, un campo magntico es inducido a travs del rtor.

Cuando los tres bobinados son conectados a una !uente de tres !ases, ya sea en

con!iguracin tringulo o estrella, se puede mostrar #ue el campo magntico producido rota.

"a velocidad de rotacin del campo est relacionada directamente con la !recuencia de la

tensin de la !uente. Esto es, una alimentacin de - causar una velocidad de rotacin

del campo de revseg (+ rpm). Esto es ilustrado en la *igura $./. Como se puede ver, el

modelo de !lujo producido tiene dos polos magnticos (un 0olo 1orte y un 0olo 2ur). 3s, el

motor es conocido como una *46&in( de dos 7o'os.

3&ora ver la *igura $.. En este esttor, cada bobinado tiene cuatro secciones. Cada seccin

est desplaada 4 de la otra. 3s, cuando pasa una corriente a travs de cada bobinado, se

!orman a travs del esttor dos campos magnticos. 5e esta manera, cada bobinado tiene

cuatro polos *46&in( de c&(t+o 7o'os9 el campo magntico rota a la *it(d de la !recuenciade la alimentacin. 0or lo #ue para una alimentacin de -, la velocidad de rotacin del

campo magntico es % revseg ($rpm).

5e manera similar, un campo de esttor de seis 7o'os rota a un tercio de la !recuencia dealimentacin,($ rpm para -) y un campo de esttor de oc&o polos rota a un cuarto de

la !recuencia de alimentacin (6 rpm para -).

1. ACCIN DEL RTOR

"a *igura $.7 muestra la construccin de un rtor jaula de ardilla. Este est plagado de

lminas de acero siliconado. "as muescas en la circun!erencia de cada lmina estn

alineadas para !ormar ranuras dentro de las cuales se encuentran las (++(s de' +)to+. Estasbarras del rtor son aluminio o cobre, y estn elctricamente cortocircuitadas por (ni''os. "asbarras del rtor y los anillos son llamados:(&'( de (+di''(.

Considere cuando el rtor est acomodado dentro del esttor. El campo magntico rotatorio

dado por la corriente de tres !ases a travs de los bobinados del esttor corta el esttor. Esto

causa la induccin de una corriente en las barras del rtor, debido a la "ey de 8nduccin de*araday . 9er la *igura $.6 (a) para una ilustracin de este e!ecto.

"a !recuencia de la corriente del rtor es proporcional a la di!erencia en la velocidad de

rotacin entre el rtor y el campo magntico generado por el esttor. Esto es llamado

la -+ec&enci( de des'i;(*iento. "a corriente del rtor induce un campo magntico en el rtora la misma velocidad #ue el campo del esttor.


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"os campos del esttor y rtor interact:an y producen una !uera en cada barra del rtor. "as

!ueras en cada barra del rtor se combinan para producir un par rotatorio, causando #ue el

rtor sea arrastrado con el campo rotatorio del esttor. 9er la *igura $.6(b) para una ilustracin

de esta interaccin de par.

1.$ PAR VS. VELOCIDAD

3 medida #ue el rtor incrementa la velocidad, la di!erencia de velocidad entre el campo del

esttor y las barras del rtor se &ace menor. Esto reduce la !uera del campo inducido en el

rtor, reduciendo as el par del rtor. Cuando el rtor alcana la velocidad del campo del

esttor, no &ay campo inducido en el rtor, y el par generado es cero. Esto es llamado

la ,e'ocid(d de sinc+onis*o del rtor. 9er la *igura $.; para una tabla de velocidades desincronismos vs n:mero de polos del esttor. Esta lista es para una alimentacin de -.

1ote #ue los valores de potencia de un motor son proporcionales al producto de su par y

velocidad nominales (0 < = x > ). 3s, un motor de / polos !unciona a la mitad de velocidad

pero al doble del par nominal de un motor de dos polos del mismo valor de potencia.

3 medida #ue la carga en el rtor aumenta, este se !rena (aumenta la velocidad de

desliamiento) . Esto causa #ue el !lujo del esttor corte las barras del rtor ms rpidamente,

incrementando as la corriente y el par del rtor. 2in embargo, con la corriente del motor en

aumento, la cada de tensin debida a la impedancia del bobinado del esttor causar #ue le

campo del esttor se debilite. 3s, a una carga crtica, llamada par de pull out, el par disponible

del motor llega a un pico, para luego caer si la velocidad del motor se reduce ms.

9er la *igura $.4 para una curva tpica de par vs velocidad cuando el motor es excitado con

una alimentacin de red de tres !ases. Cuando el motor es arrancado directo en lnea (5?"),

mostrar esta caracterstica de par a medida #ue el rtor se acelere.

1./ CORRIENTE VS. VELOCIDAD

3 medida #ue el rtor se !rena (a medida #ue la velocidad de desliamiento aumenta), el valor

del !lujo cortando el rtor jaula de ardilla aumenta, as como la corriente del rtor. Esto se

re!leja en un incremento de la corriente del esttor. Cuando el rtor es !renado &asta su

parada, con una alimentacin de -, la corriente del esttor aumenta a un valor bastante

alto @tpicamente seis veces la corriente de carga completa@. Ae!irase a la *igura $.$ para

una curva tpica corriente vs velocidad para un motor a induccin jaula de ardilla.

1.0 CONTROL DE VELOCIDAD EN EL MOTOR 3AULA DE ARDILLA

5e manera in&erente, el motor a induccin jaula de ardilla es un motor de velocidad !ijada,

cuya velocidad es controlada por el n:mero de polos, y la !recuencia de alimentacin a la #ue

est conectado. 'n pe#ueBo cambio de velocidad se nota a medida #ue la carga en el motor

cambia, como resultado del desliamiento.

"a ecuacin de la velocidad del motor es


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1 < velocidad del motor en revoluciones por minuto

! < !recuencia de alimentacin del motor en -

p < n:mero de polos en el esttor

s < desliamiento del motor en revoluciones por minuto

5e esta ecuacin, se desprende #ue la velocidad de un motor a induccin puede ser

controlada en tres maneras

(9 C(*io en e' n


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2e pueden lograr velocidades mayores #ue la Dvelocidad base de -, aun#ue con el

costo de una reduccin del par total disponible.

2 PRINCIPIOS DEL CONTROL DE VELOCIDAD DE CA

2.1 A3USTE DE LA #RECUENCIA DE ALIMENTACIN

9er la *igura %.$. Fediante el ajuste de la !recuencia de alimentacin #ue es suministrada al

motor induccin, se ajuste la velocidad de sincronismo del motor. Esto da un aumento en la

!amilia de curvas par vs velocidad del motor.

2.2 !ENERACIN DE V=>; CONSTANTE

9er la *igura %.% (a) . Este es el circuito e#uivalente completo de una !ase de un motor a

induccin jaula de ardilla. Estudiando este circuito, se pueden entender las caractersticas de

salida re#ueridas de un controlador de !recuencia variable. Con re!erencia a la *igura %.% (a)

"is < inductancia de !uga del esttor @ debida a un imper!ecto acoplamiento magntico entre

los bobinados adyacentes del esttor

As < resistencia del bobinado del esttor @ debida a la resistencia del &ilo de cobre @ causa de

prdidas de esttor

"m < inductancia de magnetismo del esttor @ aumenta al campo rotatorio del esttor

"lr < inductancia de !uga del rtor @ debida a un imper!ecto acoplamiento magntico entre

barras adyacentes del rtor

Ar < resistencia del rtor @ debida a la resistencia de las barras del rtor

Este circuito puede ser simpli!icado ignorando las inductancias de !uga y combinando Ar con

A". Esto est mostrado en la *igura %.%(b). 1otese #ue existen dos caminos paralelos para la

corriente del motor en este circuito e#uivalente.

'n camino es la corriente de carga, descripta como 8". Esta corriente es Dreal y !luye

mediante el rtor.

Esta corriente y el desliamiento del motor aumentan con el incremento de carga del motor.

El otro camino es la corriente de magnetismo, descrita como 8F, y !luye mediante el esttor.Esta corriente es Dimaginaria (est retrasada 4 de la corriente real). "a corriente de

magnetismo determina el !lujo en el motor. Es el resultado del entre&ierro entre el rtor y el

esttor. Esta corriente debera mantenerse esencialmente constante a medida #ue la carga es

variada.

"a *igura %.+ ilustra estos componentes de corriente como vectores. 1ote como con carga

creciente,el 4n%&'o de -(cto+ de 7otenci( entre la corriente total 8= y la corriente de carga 8A


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se reduce, mejorando as el !actor de potencia del motor. =ambin la corriente de magnetismo

8F se mantiene constante, sin importar la carga. Esta corriente de magnetismo es la #ue

genera el campo magntico del esttor, a!ectando as la capacidad de generacin de par del

motor. "a magnitud de esta corriente de magnetismo puede ser calculada desde

donde

9 < tensin de alimentacin

! < !recuencia de alimentacin

" < inductancia de magnetismo del esttor

5e esto, se puede observar #ue si la -+ec&enci( de alimentacin es reducida si reducirla tensi)n, entonces la corriente de magnetismo se inc+e*ent(+4 inversamente con la!recuencia.

Este e!ecto causar #ue el motor se sature magnticamente, a menos #ue la tensin

suministrada al motor sea reducida con la !recuencia.

Entonces, en un controlador de velocidad electrnico, la tensin de alimentacin al motor debe

ser ajustada en proporcin con la !recuencia, para mantener la corriente en el camino de

magnetismo constante.

9er la *igura %./. En el controlador de velocidad, a medida #ue la !recuencia es ajustada de

a -, la salida de tensin es ajustada de a $G (p. ej. a / 9ca) . Esto asegura

condiciones de !lujo en el motor aparentemente constantes. Esto se conoce como

mantenimiento de un valor de tensin@!recuencia constante.

1otese #ue la !recuencia puede ser incrementada ms all de los -. 3s la velocidad del

motor puede ser aumentada. 2in embargo, la tensin al motor no puede ser incrementada

ms all del $G, debido a la tensin de alimentacin limitada. 5e esta manera, encima de

-, el valor tensin@!recuencia se reduce, reduciendo as el !lujo en el motor. Esto reduce el

par total del motor disponible a velocidades por encima de -. Esto es conocido

como dei'it(*iento de c(*7o.

2. RE#UER?O DE TENSIN

"a *igura %.% muestra un diagrama del circuito e#uivalente de una !ase de un motor a

induccin. 1uestras discusiones &asta a&ora &an ignorado los e!ectos de las impedancias enserie del esttor, A2 y H"2. Estos dos :ltimos trminos provocan una cada de tensin cuando

el motor es cargado, lo #ue lleva a una reduccin de la tensin e!ica #ue es aplicada al

motor. Esto causa el debilitamiento del campo del esttor y una resultante reduccin del par

disponible. Esto es ms evidente a bajas velocidades cuando la tensin aplicada al motor ya

es baja.


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0ara superar esto, se puede aplicar un +e-&e+;o de tensi)n al motor. Esto aumenta el valorde tensin@!recuencia a bajas velocidades, como muestra la *igura %.. El re!uero es

re#uerido usualmente en cargas con alto par de arran#ue, p. ej. cintas transportadoras, o

cargas de alta inercia. "a sobre@aplicacin del re!uero puede causar #ue el motor se sature,

sobrecargando as el motor o el controlador.

"os :ltimos 9ariadores de 9elocidad de Fotores de C3 Dinteligentes pueden calcular

automticamente y aplicar la ptima cantidad de re!uero.

2.$ TIPOS DE CAR!A@ DERIVA

En general, un motor a induccin puede ser operado desde un Controlador de 9elocidad de

Fotores de C3 sin prdida signi!icativa en el !uncionamiento. 2in embargo, debe tenerse en

mente lo siguiente (*igura %.%)

-asta -, el momento total disponible del motor es aproximadamente constante (la

potencia disponible aumenta de cero a cero velocidad a la nominal a -).

0or encima de -, el momento disponible disminuye. Esto es debido a la reduccin en la

corriente de magnetismo (debilitamiento del campo).

3 velocidades reducidas, el ventilador de en!riamiento del motor a induccin no es e!ectivo.

0or esto, el motor no debera estar continuamente cargado al momento total a velocidades

reducidas, a menos #ue sea provisto de un en!riamiento suplementario. 9er la *igura %.%7

para un ejemplo de deriva.

3ntes de decidir el tamaBo del motor y del variador re#uerido, es importante entender las

caractersticas de par vs velocidad de la carga particular.

-an sido identi!icadas cuatro tipos bsicos de carga, en trminos de caractersticas de

momento vs velocidad. "a *igura %.%6 indica una carga de 7otenci( const(nte. El parre#uerido por la carga aumenta cuando la velocidad disminuye, de tal manera #ue el producto

del par y la velocidad (potencia) permanece constante. Ejemplos son bobinadoras #ue

controlan la bobina desde su eje central y tornos.

"a *igura %.%; indica una carga de 7(+ const(nte. En este tipo de carga, el par re#uieremantenerse constante sin importar la velocidad. Esta es una caracterstica muy com:n.

Ejemplos son cintas transportadoras, montacargas e imprentas. 2e debe tener cuidado si la

intencin es controlar por perodos extensos a bajas velocidades.

"a *igura %.%4 indica una carga donde el 7(+ es 7+o7o+cion(' ( '( ,e'ocid(d. =ales cargasincluyen mecladores, bombas de desplaamiento positivo, compresores, etc. =ales cargas no

suelen causar problemas de calentamiento en el motor. =ales cargas no suelen necesitar la

aplicacin de AE*'EAI?.

"a *igura %.+ indica una carga donde el 7(+ es 7+o7o+cion(' (' c&(d+(do de '( ,e'ocid(d.Este es un tipo de carga muy com:n, y se aplica a bombas centr!ugas y ventiladores. Fs del


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6G de las cargas usadas en motores controlados por 9ariadores de 9elocidad de Fotores de

C3 estn en esta categora. El par re#uerido a bajas velocidades es muy pe#ueBo.

#i%&+( 2.2B C(+%( de Mo*ento P+o7o+cion(' #i%&+( 2.B C(+%( de Mo*entoP+o7o+cion(' ('

a la Velocidad Cuadrado de la Velocidad

"os cuatro tipos de carga de arriba son una simpli!icacin de las caractersticas prcticas de la

carga. En la realidad una carga puede ex&ibir una combinacin de dos o ms de los tipos de

carga de arriba. 0or ejemplo, una bomba de alta elevacin muestra una caracterstica de ley

cuadrada combinada con una caracterstica de par constante correspondiente a la cabea

esttica del sistema.

0ara lograr la mejor utilidad del motor, es necesario diseBar el sistema de manera tal #ue el

motor !uncione tan cerca de su base de velocidad (velocidad -) como sea posible, bajo

condiciones normales de !uncionamiento. Esto incluye la seleccin del n:mero de polos del

motor y los niveles de transmisin para asegurar esto. El !uncionamiento del motor a una

velocidad signi!icantemente ms baja #ue la base de velocidad signi!ica #ue el motor no est

entregando la potencia total disponible, y dependiendo del tipo de carga, puede causar el

sobrecalentamiento del motor. El !uncionamiento ms rpido #ue la base de velocidad causa

una reduccin en el par disponible, y tambin puede causar sobrecalentamiento y excesivo

desgaste.

RE!ULACIN DE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR AS"NCRONO POR VARIACIN DE#RECUENCIA

"a posibilidad de regular la velocidad de un motor asncrono por variacin de la !recuencia se

deduce de la expresin

= 2 !1

P

0ara obtener una !recuencia regulable, se utilian alternadores especiales o convertidores de

!recuencia variable, #ue alimentan un motor o grupo de motores asncronos #ue se

encuentran en las mismas condiciones de !uncionamiento.

En el caso de regulacin de la !recuencia, &ay #ue intentar obtener caractersticas mecnicas

#ue, en toda la gama de regulacin, presenten rigide y un tipo de motor #ue posea su!icientecapacidad de sobrecarga. Esto se puede conseguir &aciendo marc&ar el motor a !lujo

magntico constante. 0ara un motor asncrono, se puede admitir aproximadamente, la

proporcionalidad

"1 = !1 #.


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0ara conservar del !lujo magntico y, de acuerdo con la expresin anterior, debe realiarse la

regulacin invariable

$ostra%os una gra&ica en la 'ue se re(resenta las caracter)sticas de un %otor as)ncrono* en

el caso de regulacin (or +ariacin de la &recuencia , +ariacin (ro(orcional de la tensin.

Co%o nos indicaba la &or%ula anterior

? como estaramos ms acostumbrados a ver esta representacin, par !rente a velocidad o

desliamiento

Con este sistema de regulacin, la rigide de las caractersticas mecnicas es relativamente

elevada. El valor del par crtico en la ona de las !recuencias elevadas, permanece

prcticamente invariable. Esta condicin no se cumple para las !recuencias menores, a

consecuencia del crecimiento relativo de la cada de tensin en el esttor #ue provoca una

notable disminucin del par critico. Esto es lo #ue con!irma la siguiente expresin

0ara !recuencias elevadas, el valor de -1es muy in!erior al de1/2 se puede admitir #ue

2iendo Hcc


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cc = 1 / 2

Aesulta comparable, en magnitud, a la resistencia del esttor -1,e incluso, in!erior a esta

:ltima. "a in!luencia de la cada de tensin en el esttor tiene ms importancia, lo #ue provoca

una disminucin del valor del par crtico.

0ara mantener la capacidad de sobrecarga del motor, es deseable #ue, para !recuencias

pe#ueBas, la tensin disminuya menos #ue la !recuencia.

'n problema de variar la !recuencia de la tensin es #ue el par motor tambin disminuye, con

lo #ue esta no la podremos variar o disminuir tanto como #ueremos y depende en gran

medida de la carga #ue tengamos conectada al eje del motor, ya #ue nos podemos encontrar

situaciones en las #ue el motor se pare e incluso no nos llegue a arrancar, como se puede ver

en la siguiente gr!ica.

0ara obtener una !recuencia variable se emplean di!erentes tipos de convertidores.

$ Re%&'(ci)n de '( Ve'ocid(d de &n *oto+ (snc+ono con con,e+tido+ de -+ec&enci( deti+isto+es

Explicaremos este convertidor ya #ue es el #ue &emos dado en las prcticas.

Estos convertidores estticos son los ms empleados en la industria por#ue entre los

convertidores estticos, los #ue estn constituidos por tubos de vaco no encuentran

aplicacin en el control industrial, a causa de su gran volumen, pe#ueBa duracin y

rendimiento relativamente bajo. En lo #ue se re!iere a los convertidores basndose en

transistores, la !alta de disponibilidad de triodos de cristal de gran potencia, solamente permite

realiar e#uipos para potencias mximas de unos cuatrocientos (/) vatios. 2olamente los

tiristores o!recen posibilidades para la regulacin de la velocidad de los motores asncronos,&asta potencias relativamente elevadas.

"os es#uemas de principio de conexin de los convertidores de !recuencia, pueden agruparse

en dos clases principales

Convertidores de frecuencia de enlace directo

Convertidores de frecuencia con circuito intermedio de corriente continua.

El convertidor de !recuencia de enlace directo sirve para trans!ormar una !recuencia elevada

en una !recuencia menos elevada.

En las instalaciones industriales es ms empleado el convertidor de !recuencia de tiristores

con circuito intermedio de corriente continua, cuyo es#uema de blo#ues o !uncional se

representa en la !igura siguiente. El convertidor comprende dos (%) elementos de potencia, un

recti!icador controlador -Cy un ondulador . 3 la entrada del -Cse aplica una tensin

alterna no variable, a la !recuencia industrialK a su salida se obtiene una corriente continua de

tensin variable la cual alimenta el ondulador , trans!ormando la energa de la corriente


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continua en energa de una corriente alterna, de tensin y !recuencia variables. 3dems de los

dos (%) elementos de potencia reseBados, el convertidor lleva tambin un sistema de mando

constituido por un blo#ue de control del recti!icador LCA y un blo#ue de control del ondulador

LC?.

Este sistema de control permite regular la !recuencia de salida en muy amplios limitesK esta

ultima viene determinada por la !recuencia de conmutacin de los

tiristores 41a 45*controlable por el blo#ue del mando del ondulador BC. En este es#uema

de montaje, se e!ect:a separadamente la regulacin de la tensin y la de la !recuencia, lo #ue

permite obtener, por medio de un blo#ue monitor de velocidad B$V, la relacin deseada entre

la tensin y la !recuencia, en los bornes del motor asncrono. 2i en el blo#ue B$V, la seBal

piloto se compara a la seBal servomandada en velocidad, se puede realiar un sistema de

control automtico de !recuencias y, por consiguiente, garantiar velocidades de giro muy

estables, del motor asncrono. "a representacin del sistema de control la podemos poner en

!orma es#uemtica de la siguiente !orma

5iagrama de blo#ues de un sistema de control

2i estudiamos detenidamente este sistema de recti!icador y motor lo podemos descomponer

en varias partes

Circuito recticador y ltrado: Es el circuito que rectica la onda de la red

convirtindola en corriente continua. Su circuitera ser de la forma:

Circuito inversor: Es un circuito que mediante inversores obtenemos una salida

ondulatoria, su esquema ser de la forma:

M la !orma de onda #ue conseguimos con estos inversores ser de la !orma

En este caso de alimentacin del motor asncrono por medio de convertidor, la curva de la

tensin de salida esta de!ormada, ya #ue sta depende del !actor de potencia #ue, a su ve,

vara con la carga aplicada sobre el eje motor.

Esta modulacin de onda &ace #ue la corriente a la salida sea lo ms parecida a una onda

sinusoidal, para ello tendremos #ue dar pulsos de tensin de la siguiente !orma

Consiguiendo una tensin de la !orma #ue necesitamos. Este tipo de ondulacin se utilia en

el control vectorial de la velocidad, obtenindose !ormas de onda de la siguiente !orma

Nue se obtiene !orma de ondas mejores #ue antes y con menos conmutaciones #ue estas.

'na ve visto como se convierte la onda y cual es el principio de !uncionamiento para

entender como es la regulacin de la velocidad y del par del motor asncrono tenemos #ue

explicar lo #ue es el control vectorial de estas ma#uinas.

/ Cont+o' ,ecto+i(' de *oto+es (snc+onos


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'na onda senosoidal de tres !ases se puede representar como un conjunto de tres vectores

rotatorios (!asores) . "a velocidad de rotacin de estos !asores se relaciona directamente con

la !recuencia y las posiciones vectoriales instantneas se relacionan con el punto en el ciclo y

el largo del vector representa la magnitud y la corriente #ue estn siendo representadas.

3s en el convertidor podremos descomponer los !asores de tensin para la tensin de salida

del inversor, esta estrategia de descomposicin la podemos ver en la siguiente !igura, y las

respectivas ecuaciones para poderla realiar

0ero el control de velocidad por medio de este mecanismo es muy complejo ya #ue una

variacin de la !recuencia provoca variaciones en el !lujo y en el par del motor #ue en

ocasiones podran no ser deseadas. 0ara ello se establece un sistema dinmico del motor de

induccin, re!erido a un sistema de ejes coordenados, #ue desacopla las variables del motor,

escogiendo un control independiente de velocidad y de par e#uiparables a la sencille de un

motor de continua, como se muestran en la !igura siguiente

Esto &a sido posible a los desarrollos de los dispositivos electrnicos de potencia de !cil

control, alta capacidad de conmutacin y capacidad media de potencia, al desarrollo de

sistemas de control digital de seBales (520) con gran potencia de procesamiento y recursos

propios de microcontroladores de gama alta.

0 C'(si-ic(ci)n de 'os ,(+i(do+es de -+ec&enci(

V(+i(do+es de !(*( (:(

No incorporan ltros de RFIEMC)ni bobinas de c!oque.

"rado de protecci#n IP00o IP21.

$emperatura de traba%o cuarenta &'( )rados cent)rados.

*isplay de se)mentos numrico(.

*ispone de menos de cuatro &( entradas di)itales y menos de dos +( salidas

di)itales.

No incorpora comunicaci#n serie.

Se suelen instalar en aplicaciones sencillas, tales como cintas transportadoras yventiladores donde la consi)na se establece por teclado o potenci#metro.

V(+i(do+es de !(*( Medi(

os ltros de RFI y las bobinas de c!oque son opcionales.

"rado de protecci#n IP21 .


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$emperatura de traba%o cuarenta &'( )rados cent)rados.

*isplay alfanumrico.

-ncorpora comunicaci#n serie, pero dispone de pocos protocolos de

comunicaci#n.

Esta provisto de alimentaci#n veinticuatro +&( volta%e de corriente continua

Vcc(.

*ispone entre cuatro &( y siete ( entradas y dos +( # tres /( salidas

di)itales.

PID interno.

Control escalar.

0l)unos incorporan macros de aplicaciones.

V(+i(do+es de !(*( A't(

Equipado con ltros a la entrada.

1obinas de c!oque a la entrada y salida.

"rado de protecci#n -23&.

$emperatura de traba%o cincuenta 3'( )rados cent)rados.

*isplay alfanumrico e4trable con protecci#n -23&.

5nimo de siete ( entradas y tres /( salidas di)itales.

Selecci#n de control vectorial o control escalar.

6recuencia de conmutaci#n 2 a 16Khz.

Suministro de par doscientos cincuenta +3'( por ciento a velocidad cero.

PLC incorporado para desarrollar con el propio variador cualquier aplicaci#n

deseada, o con)urar un variador a su medida, poder disponer de tempori7adores,

tantos PIDcomo requiera la aplicaci#n, puertas l#)icas, contadores, )eneradores

de pulsos, osciladores, funciones de transferencia, tablas, funciones aritmticas,

etc.


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Estas clasi!icaciones no son exactas ni limitativas, pero nos puede ayudar de !orma muy

simple a tener una perspectiva del mercado y de las alternativas existentes.

ene-icios de 'os ,(+i(do+es de ,e'ocid(d

.1 A>ORRO DE ENER!"A CON VARIADORES DE VELOCIDAD

2i se tiene una aplicacin de controlador de un motor asncrono #ue no necesita correr a toda

velocidad, entonces se pueden reducir los costos de energa controlando el motor con

variadores de velocidad (952, con controlador de !recuencia variable) . "os controladores de

velocidad permiten D!raccionar la velocidad del e#uipo y controlar de velocidad al

re#uerimiento del proceso en cada momento. 1o &ay otro mtodo de control de motor

asncrono #ue permite llevar acabo esto.

Con un modesto variador de velocidad se presentara un !lujo de corriente

M con un excelente variador obtendramos


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2i por el contrario el variador !uese de!iciente

"os controladores de velocidad, y a#uellos #ue son aplicados a las cargas, pueden

generalmente ser divididos dentro de dos grupos*o*ento const(ntey *o*ento ,(+i('e."a energa a&orrada por aplicaciones de potencia o momento variable es muc&o ms

representativa en comparacin a a#uellas aplicaciones por momento constante. "as cargas de

momento variable, incluyendo bombas centr!ugas y ventiladores, estn compuestas en su

mayora por aplicaciones -93C.

"as cargas de momento constante incluyen transportadoras de vibracin, taladros a presin,

m#uinas para madera y otras aplicaciones donde el controlador sigue una ran constante

9- .


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En aplicaciones de potencia variable, el momento re#uerido vara en !orma proporcional a la

velocidad al cuadrado, y la potencia re#uerida vara en !orma proporcional a la velocidad al

cubo, resultando en una gran reduccin de caballos de !uera por cada reduccin pe#ueBa en

velocidad. El motor consumir slo el %G de la misma cantidad de energa en G de

velocidad en comparacin a lo #ue ser a $G de velocidad. Esto est re!erido a las D"eyes

de a!inidad, las cuales de!inen la mejor relacin entre velocidad, !lujo de corriente, momento,

y caballos de !uera.

El siguiente diagrama ilustra estas relaciones

"os variadores de velocidad (925s) permiten consumir menos energa en comparacin a

otras tcnicas de control de velocidad cuando los re#uerimientos de carga son menores #ue

trabajar a toda velocidad, como es usualmente el caso en las aplicaciones de -93C.

.2 CONTROL SE!URO DEL PROCESO CON VARIADORES DE VELOCIDAD

1ing:n otro mtodo de control de motor asncrono se compara al de los variadores de

velocidad cuando estos tienen un control preciso sobre el proceso. 3 una tensin neta total

(cruando el lmite) los iniciadores pueden slo arrancar el motor a toda velocidad, con inicio

amortiguado, reducir la tensin de los amortiguadores y pueden slo gradualmente llevar el

motor a toda velocidad, y retornar &asta desconectar. "os variadores de velocidad, por otro

lado, pueden ser programados para llevar al motor a una velocidad precisa, detenerlo en una

posicin precisa, o aplicar un valor espec!ico de momento.

"os modernos variadores de velocidad en Corriente 3lterna son muy cerrados al controlador

en Continua, en trminos de respuesta a un momento y velocidad. 2in embargo, los motores

de 3C son muc&o ms con!iables #ue los motores en 5C, &acindolos de mayor relevancia.

"a mayora de los controladores utiliados en el campo, emplean el tipo de control 9olt-ert,

lo cual signi!ica #ue ellos proveen una Doperacin de lao abierto. Estos controladores son

incapaces de retribuir o retroceder y salir del proceso, pero son su!iciente para la mayora de

las aplicaciones de controlador de velocidad variable.


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Fuc&os controladores de velocidad Dde lao abierto o!recen compensacin D2"80 a:n, el

cual es capa de medir la salida de corriente y estimar la di!erencia existente entre la

velocidad actual y el Dset point (el valor de entrada programado) . El controlador entonces

automticamente ajustar su propio lmite al Dset point basado en esta estimacin.

"a mayora de los controladores de momento variable tienen capacidad 085 (Capacidad

8ntegral y 5i!erencial) para aplicaciones de ventiladores y bombas, la cual permite #ue el

controlador congele el valor del Dset point basado en la actual realimentacin del proceso

3ltos niveles de exactitud para otras aplicaciones pueden tambin ser logradas a travs de los

controladores #ue o!recen una operacin de lao cerrado. "a operacin de lao cerrado puede

ser lograda con un campo orientado a un vector controlador, o un controlador o sensor.

. AUMENTO DE LA VIDA UTIL DEL EUIPO REDUCCIN DEL MANTENIMIENTO

"os mtodos de inicio a una sola velocidad para encender los motores se inician

abruptamente, sujetando el motor a un alto momento y la corriente de arran#ue #ue surge es

por encima de $ veces de la corriente de carga neta. "os variadores de velocidad llevan

gradualmente al motor &asta la velocidad de operacin, reduciendo los costos por

mantenimiento y reparacin, y extendiendo la vida del motor y del e#uipo controlador.

3rrancadores amortiguados, o arrancadores amortiguados de voltaje reducido, son tambin

capaces de acelerar el motor gradualmente, pero los controladores pueden ser programados

para acelerar el motor muc&o ms gradualmente y lentamente, y puede operar el motor a

menos #ue se presente una reduccin de la velocidad nominal, por el uso y el tiempo. "os

controladores de velocidad pueden tambin acelerar el motor en puntos patrones

especialiados para minimiar la cada de tensin mecnica y elctrica. 0or ejemplo, una

curva 2 patrn puede ser aplicada a una aplicacin de transporte.

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