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Sistemas de control de velocidad de motoresZulayka ArroyoPaolo ArteagaBeln CevallosMOTORES DC CARACTERSTICAS Y OPERACINLos motores dc son importantes en el campo industrial porque son ms adaptables que los motores ac de campo rotatorio a sistemas de velocidad ajustableLa combinacin del motor, los tiristores controladores y los componentes electrnicos asociados se conocen como Sistemas de control de velocidad o sistema operadorMotor Shunt dcEl devanado del campo est compuesto por muchas vueltas de alambre delgado enrolladas alrededor de los polos de campo, que son ncleos de metal ferromagntico adheridos al estator de la mquina.La alta resistencia del devanado de campo limita la corriente de campo a un valor razonablemente pequeo, permitiendo que pueda conectarse directamente a las lneas de alimentacin dc.

La corriente de campo puede encontrarse a partir de la Ley de Ohm:

Vs: Fuente de voltaje aplicado al devanado de campo. Rf: resistencia dc del devanado.El devanado de la armadura est constituido en el rotor cilndrico de la mquina y la corriente es llevada desde y hacia l por medio de escobillas de carbn que hacen contacto con los segmentos del colector. Se constituye de pocas vueltas de alambre ms grueso, de modo que su resistencia dc es baja.

A medida que el motor comienza a acelerarse comienza a inducir una FCEM debido a que simultneamente opera como generador. La FCEM generada por el devanado de la armadura depende de dos factores:La fuerza del campo magntico. A mayor fuerza de campo magntico, mayor FCEM.La velocidad de rotacin. A mayor velocidad, mayor FCEM.Dependencia que tiene la FCEM de la fuerza del campo y la velocidad de rotacin: Ec = kB (RPM)La suma de las cadas de voltaje en el devanado de la armadura es igual a la FCEM sumada con la cada de voltaje resistiva IR, despreciando los efectos de las escobillas.Vs = Ec + IARAVariacin de la velocidad de un motor Shunt dcAjustando el voltaje (y corriente) aplicado al devanado de campo. A medida que el voltaje de campo se incrementa , la velocidad del motor disminuye.Ajustando el voltaje (y corriente) aplicado a la armadura. A medida que el voltaje de la armadura se incrementa , la velocidad del motor aumenta

Control por tiristor de voltaje y corriente de armaduraLa fuente ac es rectificada para proporcionar potencia dc al devanado del campo. El SCR proporciona control y rectificacin de media onda al devanado de la armadura. Cebando tempranamente el SCR el promedio de voltaje y corriente de la armadura se incrementan y el motor gira ms rpido.

Sistema de control de velocidad monofsico y de media onda para un motor Shunt dc

A medida que le pot es movido hacia arriba crece la velocidad del motor. Esto sucede debido a que el voltaje de puerta respecto a tierra se hace una porcin ms grande del voltaje de lnea ac permitiendo que el voltaje de puerta a ctodo alcance el voltaje de disparo del SCR ms pronto en el ciclo.

Relacin entre velocidad y el ngulo de disparo. Se denomina realimentacin de FCEM a la caracterstica que tiende a estabilizar la velocidad del motor an frente a cambios de carga.

Velocidad del motor vs torqueLa habilidad del sistema de control de velocidad para mantener la velocidad del motor ligeramente constante frente a variaciones en la carga se denomina regulacin de carga

OTRO SISTEMA MONOFSICO DE CONTROL DE VELOCIDADLa potencia de ac de entrada es rectificada por un puente rectificador de onda completa, la corriente directa pulsante de salida y el voltaje pulsante de salida del puente se aplica al circuito de control de armadura. Tambin proporciona realimentacin de FCEM, y por consiguiente tiene una buena regulacin de carga.Cuando el plot de ajuste de velocidad est posicionado de tal manera que produce una velocidad al eje de 2000 rpm a un cierto torque resistivo. Si por alguna razn aumentase la carga, lo primero que el motor hace es bajar un poco su velocidad para admitir ms corriente de armadura. Cuando esto sucede, la FCEM de la armadura decrece un poco.A medida que la FCEM disminuye , aumenta el voltaje disponible para cargar el capacitor C. Esto sucede debido a que el voltaje disponible para cargar el capacitor es la diferencia entre el voltaje pulsante del puente y la FCEM creada por la armadura. Con ms voltaje disponible para cargar C, es natural que C se cargar ms pronto al voltaje de disparo, de este modo aumenta el voltaje promedio entregado a la armadura. Esto corrige la tendencia del motor a girar ms lento y lo lleva de regreso prcticamente a la misma velocidad de antes.

CONTROL REVERSIBLE DE VELOCIDADAlgunas aplicaciones de control de velocidad en la industria requieren que la rotacin de un motor sea reversible. La inversin de la direccin de rotacin puede efectuarse de dos maneras:Invirtiendo la direccin de la corriente de campo, manteniendo la misma direccin de la corriente de armadura.Invirtiendo la direccin de la corriente de armadura, manteniendo la corriente la misma direccin de la corriente de campo.El contactor DIR se energiza al presionar el botn pulsador ARRANQUE DIRECTO. Mientras el contactor REV se encuentra fuera en este momento, el contactor DIR se energizar y enclavar gracias a su contacto N.A. en paralelo con el botn pulsador. El operador puede entonces liberar el botn ARRANQUE DIRECTO, y el contactor energizado hasta cuando se presione el botn pulsador PARADA.

Se puede ver en esta figura que cuando estn cerrados los contactos DIR, la corriente fluye a travs de la armadura de abajo hacia arriba con esto produce rotacin en una cierta direccin (asumamos en el sentido de las manecillas del reloj). Cuando estn cerrados los contactos REV, la corriente de armadura fluye de arriba hacia abajo, de este modo produce rotacin en el sentido contrario de las manecillas del reloj. La velocidad de rotacin se controla por el ngulo de disparo de los SCR.

El control de onda completa reversible sin utilizar dispositivos con contactos con el circuito de la figura. La direccin de rotacin est determinada por el circuito de disparo que est habilitado. Si est habilitado el circuito de disparo directo, los dos SCR de la parte de arriba se cebarn en semiciclos alternativos de la lnea ac, y enviarn corriente a travs de la armadura de derecha a izquierda. Si est habilitado el circuito de disparo invertido, los dos SCR de abajo se cebarn en semiciclos alternados de la lnea ac, y enviarn corriente a travs de la armadura de izquierda a derecha, como se indica.SISTEMAS OPERADORES TRIFSICOS PARA MOTORES DCEl sistema manejador trifsico ms simple posible es el que est en la figura. Aunque este sistema solamente proporciona control de media onda, es capaz de mantener continuamente flujo de corriente por la armadura. Puede hacerlo porque cuando una cualquiera de las fases es negativa, al menos una de las otras fases es positiva. Si una cierta fase est manejando la armadura, al instante que cambia de polaridad, una de las otras dos fases est lista para entrar a operar.

Sistema manejador trifsico sin conductor neutro. Los diodos rectificadores completan la malla del circuito de armadura.Durante el tiempo que el voltaje de lnea AB est manejando la armadura, el camino del flujo de la corriente es hacia debajo de la lnea A, a travs del diodo Db hacia la lnea B. Cuando el voltaje de lnea de est manejando la armadura, la corriente de armadura pasa a travs del SCRB y el diodo Dc. En el instante que el voltaje de lnea CA est manejando la armadura, la corriente pasa a travs del SCRC, a travs de la armadura, y regresa a la lnea A a travs del diodo Da.

EJEMPLO DE UN SISTEMA OPERADOR TRIFASICO

La Figura nos muestra el diagrama esquemtico completo de un sistema operador trifsico. La potencia trifsica a 230 V, esta localizada por la parte superior izquierda de esta figura. A travs de cada una de las tres fases

CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCION.Los motores de induccin rotan a una velocidad q es un poco menor que la velocidad sincrnica del campo rotatorio. La velocidad sincrnica del campo rotatorio esta determinada por el numero de polos del devanado del estator y de la frecuencia del voltaje ac aplicado.

En el control electrnico de velocidad de los motores ac, la frecuencia del voltaje aplicado al estator se varia para cambiar la velocidad sincrnica.El cambio en la velocidad sincrnica produce entonces un cambio en la velocidad del eje del motorHay dos maneras de obtener un voltaje ac de frecuencia variable para un sistema operador de un motor ac:Cambiando potencia dc en ac de frecuencia variable. Un circuito que puede hacerlo es denominado inversor.Cambiando potencia ac de 60 Hz en ac de frecuencia variable. Un circuito que pueda hacer esto es denominado convertidor.Tanto los inversores como los convertidores se construyen con SCR.

La siguiente figura nos muestra los tres SCRson cebados en secuencia , uno inmediatamente despues del otro. Cada SCR es cebado y luego BLOQUEADO por su circuito de control de disparo y bloqueoDe esta manera SCRA es cebado por su circuito de control y un cierto tiempo despus es BLOQUEADO por dicho circuito. En el instante que SCRA es BLOQUEADO, el SCRB es cebado por su circuito de control. El SCRB permanece en CONDUCCION durante el mismo tiempo que el SCRA estuvo en conduccin ; luego es BLOQUEADO. En ese instante en que el SCRB es BLOQUEADO, el SCRC es cebado por su circuito de control.

Despus de una cantidad de tiempo igual, el SCRC es BLOQUEADO, y el SCRA es cebado de nuevo y se repite el ciclo. Puede verse que la frecuencia efectiva del voltaje aplicado a los devanados del estator puede variarse variando la cantidad de tiempo que un SCR es mantenido en CONDUCCION.Si el SCR permanece en CONDUCCION durante largo tiempo, la frecuencia efectiva del estator es baja, la velocidad sincrnica del campo rotatorio es baja, y el eje del motor gira lentamente. Si el SCR permanece en CONDUCCION solamente durante un corto tiempo la frecuencia del estator se aumenta y la velocidad sincrnica aumenta y la velocidad del eje del motor aumenta

El funcionamiento de un convertidor de frecuencia variable es basicamente la misma que la de un inversor. La frecuencia del voltaje aplicada al estator se determina por la cantidad de tiempo que los SCR se mantienen en CONDUCCION.