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APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE VELOCIDAD CON SCR OBJETIVOS
Aplicar la tecnología de electrónica de potencia en el control de la velocidad de maquina de corriente continua y realizar el montaje del circuito de control respectivo.
FUNDAMENTO TEORICO MOTOR DC Un motor de corriente de continua basa su funcionamiento en la fuerza producida en un conductor a causa de la presencia de un campo magnético B sobre una intensidad de corriente eléctrica I. La expresión que la rige es:
Se obtendrá el valor máximo de fuerza cuando el campo magnético sea perpendicular al conductor y se tendrá una fuerza nula cuando el campo sea paralelo al flujo de corriente eléctrica donde 'l' es la longitud del conductor. El par motor M que se origina tiene un valor Esa fuente de campo magnético proviene del devanado inductor. Este es recibido por el devanado inductor, este inductor hace girar el rotor, el cual recibe la corriente eléctrica de la fuente mediante un colector y sistema de escobillas. El colector es básicamente un conmutador sincronizado con el rotor, que conmuta sus bobinas provocando que el ángulo relativo entre el campo del rotor y el del estator se mantenga, al margen de si el rotor gira o no, permitiendo de esta forma que el par motor sea independiente de la velocidad de giro de la máquina. Al recibir la corriente eléctrica e iniciar el giro comienza a producirse una variación en el tiempo del flujo magnético por los devanados, produciendo una Fem. Inducida E B que va en sentido contrario a la Fem que es introducida por la fuente, como una batería.
Control de Velocidad con un SCR El ángulo de disparo es el ángulo eléctrico en el que se produce la entrada en conducción del SCR mediante la corriente por puerta y se cuenta a partir del instante en el que el SCR se polariza directamente. Realice el ajuste de dicho ángulo en 60º, 90º y 120º mediante el potenciómetro.
Control de Velocidad de Motor DC Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a controlar, llamado planta, y se diseña un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación. Para lograr una alta prestación de los accionamientos llevados a cabo por un motor que forma parte de un sistema de control, es necesario estudiar las características dinámicas de estos y desarrollar estrategias de control acorde con las mismas. Sin embargo en la presente práctica se desarrollara el control de velocidad de un motor, a partir de la variación de corriente en la entrada del motor con resistencias.
ELEMENTOS A UTILIZAR
Multímetro digital SCR BT-151 DIAC Potenciómetro de 500KΩ ó 1MΩ Resistencia de seguridad de 1KΩ 220Ω de 1W Condensadores de alterna 10nF, 600V Motor de Corriente Continua
PROCEDIMIENTO DE EJECUCION: a.
Implementar el circuito que se muestra con las resistencias de 44 Ω
b.
Empezamos a regular el valor del reóstato en 0Ω para que el voltímetro marque una tensión de 50V; que es la tensión del motor. Luego aumentamos la resistencia de manera que el voltaje del motor se reduzca hasta 30V. Colocar la tabla a continuación. Valimentación 50 40 35 30 Graficar en papel milimetrado la tabla
N(RPM) 3455 2970 2800 2350
c.
Implementar el siguiente circuito para la segunda variación de velocidad.
d.
El voltaje de alimentación se reduce a 35V y el reóstato se va regulando desde un valor de baja resistencia buscando ubicar la velocidades del motor según la tabla: I(mA) 165 122 90 58 48 30 Graficar el papel milimetrado la tabla.
N(RPM) 2500 3000 3500 4000 4500 5000
CUESTIONARIO 1. Describa la función de cada componente del circuito ensamblado Para realizar la práctica hemos utilizado:
PUENTE RECTIFICADOR DE DIODOS: El cual produce una onda rectificada completa de la salida del bariak; para que el motor trabaje un solo sentido y pueda moverse.
En el primer circuito se empleo un reóstato de 44Ω para regular la tensión del motor pues según la formula:
Para variar la velocidad angular del motor se puede variar el voltaje o el flujo; por ende primero comenzamos con la variación de voltaje en el motor; que es logrado gracias a la variación de resistencia del reóstato y se aprecia como varia la velocidad angular.
En el segundo caso la variación de la resistencia del reóstato de 4.4kΩ es solo en el estator; para variar la corriente haciendo decrecer el flujo; y por ende aumentar la velocidad angular del motor. Procedimiento que se comprobó con los datos registrados en la tabla.
2. Siguiendo las normas del Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama completo de instalación del motor ensayado, incluyendo los componentes de electrónica de potencia aplicados. En la práctica desarrollada se vario el voltaje con resistencias por ende el circuito implementado es el siguiente:
-
Sin embargo en el caso de regulación con un dispositivo electrónico de potencia es:
3. Explique ¿Qué ocurre con los parámetros del motor cuando se varía el voltaje de alimentación con dispositivos electrónicos que modifican la señal de alimentación?
La variación de voltaje se logro variando las resistencias; sin embargo por la formula:
A penas se varia el voltaje de entrada del motor; varia en este su velocidad angular y comienza a decrecer como la grafica que se presento. En esta formula se aprecia que la variación de velocidad angular se puede lograr a la manipulación de dos valores como son el voltaje de entrada y el flujo que se manipula con la corriente que pasa por el estator.
4. Explique si es factible aplicar un dispositivo de electrónica de potencia en el circuito de campo del motor DC para controlar la velocidad y como seria el montaje. Una de las formas de variar la velocidad en el motor DC es variar su alimentación; ello se puede lograr recortando cada onda que entra en el motor; gracias a un SCR que reduce el área de la onda de entrada; por ende el voltaje de entrada del motor; el esquema de instalación es el siguiente:
Para el diseño se deben de considerar las características del SCR como el voltaje de compuerta; la corriente de disparo y la de sostenimiento; así como también el valor del capacitor para que funcione correctamente.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
El giro a altas velocidades de la maquina rotatoria; las destruye; pues destruye el aislante que esta tiene y se autodestruye por si sola; es un parámetro a considerar; por ello nos van la velocidad nominal. Mediante los ensayos se comprobó la teoría que la velocidad angular; que puede ser variada ya sea por el voltaje de entrada al motor como por la variación del flujo en el motor. La aplicación de un SCR para recortar la onda de entrada en el motor nos sirve para regular la tensión de entrada; pues su área decrece; otra forma es la ensayada en la práctica con resistencias que limitan la corriente o generan caídas de tensión. El control en las maquinas de corriente continua es muy común para aplicaciones de diseño de sistemas mecatrónicos; pues se busca su control pleno, ya sea en este caso de velocidad, también la posición y el torque que puede desarrollar. El desarrollo de las graficas comparando los datos medidos, en el caso de variación de voltaje un comportamiento lineal se aproxima a la grafica y en la variación de flujo un comportamiento exponencial que podría permitirnos calcular algunos valores no registrados; pero por aproximación a la grafica desarrollada.
