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CONTROL DE ACCIONAMIENTOS DC • Conceptos básicos• Circuitos equivalentes y característica mecánica
– Motor Derivación– Motor Serie
• Métodos de control– Modos de funcionamiento
– Fenómenos transitorios– Control de par– Control de posición
• Tecnologías de control– Clásicas– Electrónicas
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• Circuito Equivalente– Escobillas
– Tensión inducida,
saturación– Ecuaciones eléctricas
– Sistema mecánico
CONCEPTOS BÁSICOS
Figura 1: Máquina DCr i
e
e
eiii
T T dt
d
i N Lik T k E
−=
=Φ=Φ=
ω
φ ω
J
; ;
dt
di Li Rv
dt
di Li R E v
eeeee
iiiiii
+=
++=
Figura 2: Circuito equivalente
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• Circuitos equivalentes
EXC. INDEPENDIENTE Y DERIVACIÓN (I)
• Característica mecánica
ii
i
iiii
I k T k E
I R E V
Φ=
Φ=
+=
ω ( )
iT o
iii
iii
T k
k T R
k V
k
T Rk V
−=
Φ−
Φ=
Φ+Φ=
ω ω
ω
ω
2
Figura 4: Caract. mecánica
Figura 3a: Excitación independiente Figura 3b: Excitación derivación
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EXC. INDEPENDIENTE Y DERIVACIÓN (II)
• Control de ω con Vi
– Velocidad ωO
• Control de ω con Ri
– Rendimiento
• Control de ω con Re (Φ)– Relaciones +/-
– Linealidad, retroceso
Figura 6: Regulación RiFigura 5: Regulación Vi
Figura 7: Regulación de campo
( )2Φ
−Φ
=k
T R
k
V iiiω
( ) i
e I
ei
I
e
e
e I e I T
V k
R R
k
R
R
V k I k k 2
2
−=⇒=≈Φ ω
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Figura 8: Zonas de control
• Zonas de control– Límites constructivos: I,V,w,T
– Inducido (Vi)
– Excitación (Φ,Re )
[ ] [ ] iMAX iMAX nni I k T V V Φ=∈⇒∈ ; ,0,0
[ ] [ ]
cteP I k T
k
V
R R R
iMAX iMAX iMAX i
MAX neMAX eN e
≈Φ=Φ
=
∈⇒∈
;;
,,
0ω
EXC. INDEPENDIENTE Y DERIVACIÓN (III)
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• Circuito equivalente
• Característica mecánica
• Control de velocidad
– Control VT y Ri
EXCITACIÓN SERIE
Figura 9: Circuito equivalente
Figura 10: Caract. Mecánica
isiiT
isii
is
I R R E V I k k I k T
I k
)(
2
++=
=Φ=
≈Φ
s
si
is
T
isisT
isiT
k k
R R
T k k
V
I R Rk k V
I R Rk V
+−=
++=
++Φ=
ω
ω )()(
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• Métodos de frenado– Regenerativo
• Regulación por V, Φ , T ap, limitación I A.
– Reostático• Transitorio, rendimiento, disponibilidad
– A contracorriente• Inversión de giro, transitorio, rendimiento Figura 11: Frenado regenerativo
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MODOS DE FUNCIONAMIENTO
ω ext Aext A
A A
R R
k
R R
E I
+
Φ−=
+
−=
A
A
A
A A A
R
k V
R
E V I
ω Φ−=
−=
ext A
A A A
R R
E V I
+
+−=
)(
Figura 13: Frenado reostáticoFigura 12: Frenado a contracorriente
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• Arranque– Valores I i
– Inserción de resistencias
• Fenómenos transitorios– Excitación, inducido
– Sistema mecánico
– Cambios de consigna
ARRANQUE Y TRANSITORIOS ELÉCTRICOS
Figura 14: Circuito de arranque yevolución temporal
r i
em
iii
T T dt
d J
ik
ik T k E
−=
=Φ
Φ=Φ=
ω
;
dt
di Li Rv
dt
di Li R E v
eeeee
iiiiii
+=
++=
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• Control de par
– Control de I i
– Medición de I i
• Control de posición
– Modelo mecánico
– Encoders incrementalesy absolutos
SERVOACCIONAMIENTOS
Figura 15: Control de I i
Figura 16: Servomotor
∫
∫
=
−=
=−
dt
dt T T J
dt d J T T
r i
r i
ω θ
ω )(1
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TECNOLOGÍAS DE CONTROL (I)
Figura 19: Transitorio de reducción decarga (T N a 0’5T N )
• Métodos clásicos– Dinámica Re, Ri, Vi
– Grupo Ward-Leonard
– Cuadrantes de operación
Figura 18: Cuadrantes de operación
Figura 17: Grupo Ward-Leonard
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TECNOLOGÍAS DE CONTROL (II)
• Convertidores electrónicos– AC-DC: Rectificadores controlados de tiristores (SCRs)
– Ángulo de encendido
Figura 20: Convertidor AC-DC con tiristores
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i
m
icci
V V v α
π α cos
2cos
0
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TECNOLOGÍAS DE CONTROL (III)
• Convertidores electrónicos– Convertidores DC-DC autoconmutados:
IGBT, MOSFET
– Ciclo de trabajo
– Rizado de la intensidad– Funcionamiento en 2 y 4 cuadrantes
Figura 22: Convertidor DC-DCde 4 cuadrantes
Figura 23: Control PWM confuente de tensión
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Figura 21: Convertidor DC-DCde 2 cuadrantes
S S ON
cc V k V T
t V ==