23 DE MAYO DE 2014
UNIDAD 3 ARRANCADORES ESTÁTICOS ALDO ALFREDO DÉVORA ZUBÍA INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD JUÁREZ Ing. Francisco Castañeda Fierro
Contenido 3.1 Introducción al control estático 3.2 Teoría de funcionamiento 3.3 Utilización de dispositivos de estado sólido de potencia en el arranque de las maquinas eléctricas
3.1 Introducción al control estático
Con el desarrollo de los métodos electrónicos para el control de la maquinaria rotativa, ha coincidido la introducción de los dispositivos de conmutación estáticos-electrónicos y elementos lógicos de las calculadoras. Dichos elementos estáticos emplean diodos, transistores, SCRs, FETs, y amplificadores magnéticos como interruptores, no poseyendo partes móviles ni contactos mecánicos, dichos dispositivos estáticos poseen las ventajas de operación muy rápida, larga vida, mayor seguridad de funcionamiento, tamaño reducido del equipo de control (o módulo). El arrancador estático consiste, básicamente, en un convertidor estático, alterna-alterna, generalmente tiristores, que permiten el arranque de C.A. con aplicación progresiva de tensión, con la consiguiente limitación de corriente y par de arranque. El arrancador estático se divide en dos partes: el circuito de potencia y el circuito de regulación (y maniobra). Al poner en servicio el equipo, los tiristores dejan pasar la corriente que alimentan el motor de acuerdo con la programación realizada sobre el circuito de maniobra, que irá aumentando progresivamente hasta alcanzar el valor nominal de la tensión de servicio. La posibilidad del arranque progresivo también se puede dar en sentido contrario, durante la parada del motor, de tal manera que se vaya reduciendo la tensión a un 60% del valor nominal, y en ese momento hacer el paro. Arrancadores estáticos destinados a la aceleración, a la deceleración y a la protección de motores de inducción trifásicos. El control de la tensión aplicada al motor mediante el ajuste del ángulo de disparo de los tiristores permite obtener arranques y paradas suaves del mismo. Con el ajuste adecuado de las variables, el par (torque) es ajustado a la necesidad de la carga, garantizando de esta forma que la corriente solicitada sea la mínima para el arranque.
3.2 Teoría de Funcionamiento
La tensión de alimentación se aplica en forma progresiva al estator del motor, la variación de la tensión en el estator se obtiene mediante la variación continua del ángulo de retardo al disparo o arranque de los tiristores del modulador de energía. La consigna de arranque permite regular la pendiente de una señal en forma de rampa, esta consigna está escalonada en segundos. Debajo del valor de esta pendiente (ángulo señal de rampa para evolucionar
regulable)
los tiempos td necesarios de la
a varían.
Una lógica electrónica asociada permite convertir:
() en () Haciendo evaluar () de a durante el tiempo td de arranque deseado.
3.3 Utilización de dispositivos de estado sólido de potencia en el arranque de las maquinas eléctricas
El accionamiento de C.A. de amplitud de pulso modulado, está más relacionado con la amplitud del pulso que con su frecuencia, en tanto que un accionamiento PWM y su alta frecuencia de switcheo puede afectar el ruido audible del motor. El accionamiento tipo PAM puede tener también algunos efectos adversos sobre el motor, incluyendo mayor calentamiento por los picos en la forma de onda de voltaje, por lo que no son de uso muy común en la actualidad. Los últimos métodos de diseño tecnológico para inversores están basados en los llamados “transistores bipolares de compuerta aislada” (IGBT), este transistor es una combinación de las ventajas que da un transistor MOSFET y un transistor bipolar, tiene una buena conductancia de corriente con pérdidas bajas. Tiene una alta frecuencia de switcheo y es fácil de controlar, esta tecnología ha ganado mucha popularidad, debido a que se puede aplicar en motores hasta de varios cientos de HP. Estos transistores tienen la capacidad de switchear a varios Khz, lo que virtualmente elimina el ruido audible en el motor, lo que era una objeción que se tenía originalmente para los IGBT.
Otro tipo de inversores el llamado “Inversor de fuente de corriente” (CSI), cuyo circuito equivalente se muestra en la siguiente figura, estos inversores usan normalmente SCR’s como switches para obtener una forma de salida de seis pasos, aquí el tiempo de
conducción de cambia hacia arriba o abajo para cada paso individual, resultando un ciclo de tiempo más largo o más corto.
De todos los accionamientos electrónicos de C.A., se cumple con la función de simplificar en esta forma: Se toma una alimentación trifásica de C.A. a la frecuencia del sistema de suministro, se convierte a C.D. y se invierte de regreso a una frecuencia variable de C.A.