Control Escalar

CONTROL DE MAQUINAS ELECTRICAS ELT – 3790

Control Escalar  De Maquinas Asíncronas

Objetivo • Conocer que es un control escalar. • Conocer el principio de funcionamiento dell co de cont ntrrol es esca callar ar.. • Ventajas y desventajas.

Control de Motores Por medio del control de motores hacemos que este desarrolle en todo momento el torque y la velocidad necesaria para realizar  una tarea específica, aun cuando las condiciones de carga y alimentación varíen. El control se concreta en estas dos variables mecánicas la velocidad y el torque, en la practica solo se controla una y la otra viene determinada por la carga.

Por qué controlar un motor? • Porque los equipos utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables. • Porque conlleva al ahorro de energía, a la reducción de ruido, al incremento de la vida del motor y a la posibilidad de diagnostico de fallas. • Para lograr una adecuada productividad, lograr  una buena terminación del producto elaborado. • Para garantizar la seguridad de personas y bienes.

Ventaja de usar un controlador  • 65% de la energía eléctrica es consumida por motores. • El control produce un incremento en la eficiencia de un 15 a 27%. • Requiere un costo inicial que tiene una tasa de retorno a corto y mediano plazo.

Ventajas de los motores de inducción • Su construcción robusta y más simple, menor  costo, tamaño y peso para la misma potencia en el eje, fácil de instalar y no requiere mucho mantenimiento. • El aprovechamiento del desempeño en los dispositivos de conmutación electrónicos de potencia y su bajo costo. • La posibilidad de llevar a cabo algoritmos complejos en los nuevos microprocesadores.

Inconvenientes de los motores de inducción • La corriente de arranque es mucho mayor  que la corriente de funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En mucho casos es necesario disponer procedimientos especiales de limitación de la corriente de arranque. • La variación de su velocidad implica la variación de la frecuencia de la alimentación: es necesario disponer de un convertidor  electrónico que convierta la tensión de red en una tensión de frecuencia variable.

 Aplicaciones de los motores de inducción Transportadoras

Bombas

Ventiladores

Elevadores

Compresores

Trituradoras

Molinos

Maquinas Herramientas

Extrusoras

Prensas

Electrodomésticos

Vehículos Eléctricos

Técnicas de control utilizadas en los motores de inducción

Técnicas de control utilizadas en los motores de inducción • Para controlar el motor de inducción, éste debe alimentarse con tres voltajes o corrientes de fase de frecuencia y amplitud variable. • Para obtener las condiciones de alimentación anteriores, las técnicas de control pueden clasificarse en tres grandes categorías:  – Control escalar   – Control vectorial  – Control directo del ar 

Ventajas del control escalar  • Está basado en el modelo estático del motor  de inducción. • Consiste en mantener la relación V/F constante. • También es llamado control V/F. • Es simple de implementar y económico. • Se requiere muy poco conocimiento del motor para el control de la frecuencia.

Desventajas del control escalar  • Su desempeño es bajo debido a que regula pobremente el flujo del campo magnético a velocidades bajas y además no permite controlar el par electromagnético del motor. • Una desventaja de control escalar (v / f) es que el par desarrollado depende de la carga, ya que no se controla directamente. Además, la respuesta transitoria de tal control no es rápido debido al patrón de conmutación predefinidos del inversor.

Motor de inducción o asíncrono

Circuito Equivalente simplificado

Par del circuito simplificado

Control del voltaje aplicado Con la ecuación se ve que el Par desarrollado (Td) por el rotor es proporcional al cuadrado de la tensión aplicad Vs. Para una carga con una cupla resistente fija como la indicada, la variación máxima posible del voltaje es de Vs a Vs/2 y la variación de velocidad está limitada entre los puntos C y C’ de dicha curva. En cambio logra toda la gama, desde velocidad nominal hasta cerca de cero con cargas no rígidas.

Control del voltaje aplicado

Control de la frecuencia

f1 < f 

Φa aumenta.

Esto produce saturación de núcleo, con lo cual se reduce el valor original de las inductancias y por tanto la corriente del estator aumenta. El Par Motor Tdm1 disminuya considerablemente. No tiene aplicación practica.

Control de la frecuencia

f1 > f 

Φa disminuye.

Las reactancias correspondientes a Ls y Lr  aumentan su valor proporcionalmente al aumento de la frecuencia y por tanto la resistencia del estator Rs puede llegar a despreciarse.

Control de la frecuencia

Control simultaneo de V y f  La propiedad de este tipo de control en mantener el Par Constante a distintas velocidades lo hacen apto para numerosas aplicaciones

Características del control escalar  Rango de regulación de velocidad 1:25 sin realimentación. Precisión: +/- 1% de la Vn sin realimentación. Robusto frente a los cambios de carga. El control escalar puede realizarse de dos formas: • Lazo Abierto • Lazo Cerrado

Control escalar de Lazo Abierto • Sencillo y económico. • Aplicaciones industriales que toleran pequeñas variaciones de velocidad o flujo por la carga o tensión y no precisen una respuesta rápida.

Control escalar de Lazo Cerrado

• Se requiere al menos dos lazos de control. • Si se requiere un sistema mas estable generalmente se introduce un tercer lazo para controlar el par.

Control por PWM trifásico Control por Modulación del ancho de pulso. Circuito de potencia similar a un converso CA/CC/CA

Rectificador

Filtro

Inversor  autónomo controlado por PWM

Señales de Excitación • Compara una onda triangular única con un sistema de ondas de referencia senoidal trifásica. • Las frecuencias posible de la portadora deber ser  múltiplos de 3 para asegurar la simetría. • Cuanto mayor es la f de la portadora, mejor será la tensión de salida del inversor, comercialmente se tiene f de 12,150 Hz para 50 Hz nominales. • La variación de la f de salida se logra variando el periodo de la senoide. • El valor de tensión de salida se logra variando la amplitud de la onda triangular.

Señales de Excitación

Señales de referencia y pulsos de excitación para los transistores M1 y M4

Señales de Excitación La señal de excitación VG1 (fig 2-b) para el transistor M1 surge de la comparación entre la senoide Vra y la onda triangular, dando un pulso positivo toda vez que sus valores instantáneos sean mayores o más positivos que la triangular. Para el transistor M4 ubicado en la misma rama de M1, la señal * VG4 (fig 2-c) debe ser idéntica y desfasada 180º de VG1. Luego resulta ser la misma señal VG1 invertida. * Los dos transistores de una misma rama nunca conducen en forma simultanea y para asegurar que no exista superposición de conducción durante cada conmutación, existe un tiempo muerto de no conducción (mayor al toff de los transistores).

Tensiones salida del inversor 

Corriente de Carga