TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIN .............................................................................................................2

Los Sistemas de Control de Velocidad de Motores...........................................................3

I. Operacin y Caracteristicas de los Motores DC ............................................... 3

II. Regulacin de Velocidad en Motores ............................................................... 6

III. Variacin de la velocidad en motores DC en derivacin ................................. 7

Control de Campo (aplicado al devanado) .................................................. 8

Control de armadura .................................................................................... 9

IV. Control Mediante Dispositivos de Potencia ................................................... 10

1. Control Mediante Tiristores .................................................................. 10

V. Sistema de Control de Velocidad Monofsico (de Media Onda) ................... 11

VI. Sistema de Control de Velocidad Monofsico ............................................... 14

VII. Control reversible de Velocidad ..................................................................... 15

VIII. Sistemas de Manejo Trifsico para Motores DC ............................................ 17

IX. Sistema de Control de Velocidad para Motores AC ...................................... 18

Los Inversores ............................................................................................ 19

Los Ciclo-convertidores ............................................................................. 22

1.Ciclo-convertidor de Seis SCR ...................................................... 23

2.Ciclo-convertidor de Doce SCR .................................................... 25

3.Ciclo-convertidores Trifsicos ...................................................... 27

X. Procesos Industriales y Regulacin de Velocidad ...................................... 29

XI. Ahorro Energtico .......................................................................................... 31

CONCLUSIN ...............................................................................................................32

BIBLIOGRAFA .............................................................................................................33

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INTRODUCCIN Hasta hace muy pocos aos se tena la impresin de que la tecnologa de los motores y

accionamientos elctricos se mantena estacionaria y que la configuracin de las

mquinas bsicas, de corriente continua, de induccin y sncronas haba alcanzado su

punto de mximo desarrollo. Sin embargo, en la actualidad los accionamientos han

experimentado un avance espectacular gracias a la utilizacin de la electrnica tanto

como elemento de potencia, como para el control del funcionamiento del conjunto del

dispositivo.

La aplicacin ms importante ha correspondido al desarrollo de los accionamientos de

velocidad regulable.

Las razones para preferir un accionamiento de velocidad variable, frente a un motor de

velocidad sensiblemente constante son:

El ahorro energtico que se consigue

El propio control de velocidad o de posicin que potencia y mejora

ciertas aplicaciones

Mejora de los transitorios de funcionamiento (arranque suave, arranque

con aceleracin controlada, etc.).

El primer convertidor utilizado fue el transformador, aparato de alto rendimiento que

hizo posible el transporte de la energa elctrica a distancia y que sigue utilizndose de

manera masiva en el transporte y distribucin de la energa elctrica.

Pero el transformador tiene dos limitaciones importantes: no trabaja con una tensin

continua y no transforma la frecuencia, es decir, salida y entrada de alterna tienen una

frecuencia comn.

El gran avance, para conseguir mayores posibilidades de conversin vino, la utilizacin

de convertidores de energa la cual se ha extendido a todo tipo de actividades.

Existen en los convertidores diversidad de configuraciones que se ven continuamente

incrementadas con la aparicin de nuevas necesidades de aplicacin y nuevos

dispositivos semiconductores.

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Los Sistemas de Control de Velocidad de Motores Antes de entrar en el anlisis de circuitos particulares puede resultar de utilidad adquirir

una visin sobre la constitucin de un accionamiento moderno, en el cual se puede

apreciar el papel que juega el convertidor en su propio contexto.

Un sistema de esta naturaleza se esquematiza en la imagen a continuacin, la

alimentacin puede ser de 50/60 Hz dependiendo de la necesidad.

Retroalimentacin de velocidad

El papel del convertidor es suministrar energa al motor, a partir de la red general, (a

voltaje y frecuencia constantes), pero a la tensin y frecuencia requerida por aquel, para

conseguir la salida mecnica que se desea de forma precisa.

Excepto en el caso de convertidores muy sencillos, como puede ser un simple diodo

rectificador, en un convertidor siempre cabe distinguir dos partes: la primera es la etapa

de Potencia, a travs de la cual fluye la energa que absorbe el motor y la segunda es la

seccin de control que regula el flujo de energa anterior. Las seales de control, en

forma de tensiones de bajo nivel y que pueden ser analgicas o digitales, indican al

convertidor como se desea que responda. Al mismo tiempo otras seales de

retroalimentacin nos informan de lo que realmente est sucediendo en el motor. Por

comparacin de estas ltimas con los valores deseados se obtienen, primero, las

desviaciones y, a partir de ellas, los valores con que debemos actuar sobre la etapa de

potencia para que coincidan los valores reales con los deseados. En el esquema anterior

se aprecia una sola entrada que corresponde a la velocidad deseada y una seal de

retroalimentacin que nos da la velocidad real del motor en cada instante. Debemos

sealar, no obstante, que en otros casos, existir ms de una seal de retroalimentacin.

I. Operacin y Caracteristicas de los Motores DC

Consideramos prudente hacer una breve introduccin sobre los motores para el

mejor aprovechamiento de tema.

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Los motores DC son importantes en el control industrial porque son ms

adaptables que los motores AC de campo giratorio a los sistemas de velocidad

ajustable.

El smbolo esquemtico de un motor en derivacin de DC se muestra en la

siguiente imagen. El devanado de campo del motor se dibuja como una bobina.

Fsicamente, el devanado de campo esta compuesto de muchas vueltas de

alambre delgado enrollado alrededor de los polos de campo. Los polos de campo

son ncleos ferromagnticos de metal, que estn conectados al estator de la

maquina. La alta resistencia del devanado de campo limita la corriente de campo

a un valor bastante pequeo, permitiendo que el devanado de campo se conecte

directamente a travs de las lneas de suministro DC. Sin embargo, la corriente

de campo relativamente pequea IF es compensada por la gran cantidad de

vueltas del devanado de campo, permitiendo al devanado crear un campo

magntico intenso.

Este devanado de campo no se afecta por las condiciones cambiantes de la

armadura. Es decir, a medida que vara la corriente de armadura para responder a

condiciones de carga variantes, la corriente del devanado de campo permanece

esencialmente constante, y la intensidad del campo magntico resultante

permanece constante. La corriente de campo puede encontrarse fcilmente

mediante la ley de ohm como:

RfVsIf

Donde Vs es el voltaje de alimentacin al devanado de campo y Rf es la

resistencia del devanado.

El devanado de la armadura se dibujo como un circulo contactado por dos

pequeos cuadros ya que el devanado de armadura esta construido en el rotor

cilndrico de la mquina, y la corriente circula desde y hacia el devanado de

armadura mediante escobillas de carbn en contacto con los segmentos de un

conmutador.

Este se construye con pocas vueltas relativamente, por lo que tiene una

resistencia DC pequea. La resistencia del devanado de armadura de un motor

DC de tamao medio o grande generalmente es menor a 1 ohm.

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Al aplicarse potencia por primera vez al devanado de armadura, solo la

resistencia ohmnica DC del devanado esta disponible para limitar la corriente,

por lo que el aumento sbito de corriente es bastante grande. Sin embargo, a

medida que empieza a acelerarse el motor, comienza a inducir una fuerza

contraelectromotriz por la accin de generador comn. Esta fuerza

contraelectromotriz se opone al voltaje de alimentacin y limita la corriente de

armadura a un valor razonable.

Cuando un motor DC ha alcanzado la velocidad de operacin normal, se fuerza

contraelectromotriz es aproximadamente del 90% de la magnitud del voltaje de

armadura aplicado. La cada de voltaje IR a travs de la resistencia del devanado

de armadura representa el otro 10% del voltaje aplicado, ignorando cualquier

cada de voltaje a travs de las escobillas de carbn.

El tamao de la fuerza contraelectromotriz generada por el devanado de

armadura depende de:

1. De la intensidad del campo magntico. Cuando ms intenso el campo

magntico, mayor tiende a ser la fuerza contraelectromotriz.

2. De la velocidad de giro. A mayor velocidad, mayor tiende a ser la fuerza

contraelectromotriz.

La dependencia de la fuerza contraelectromotriz de la intensidad de campo y la

velocidad de giro se expresa por medio de la siguiente ecuacin:

BSKgEc Donde:

Ec es la fuerza contraelectromotriz creada por el devanado giratorio.

B es la fuerza del campo magntico creada por el devanado de campo.

S es la velocidad de giro en revoluciones por minuto.

Como sabemos de la ley de Kirchhoff, la suma de las cadas de voltaje en el

devanado de armadura es igual a la fuerza contraelectromotriz sumada a la cada

de voltaje IR resistiva.

IaRaEcVs Donde:

Ra es la resistencia del devanado de armadura

Ia es la corriente de armadura

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II. Regulacin de Velocidad en Motores

Un regulador electrnico de velocidad est formado por circuitos que incorporan

transistores de potencia como el IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) o

tiristores, siendo el principio bsico de funcionamiento transformar la

energa elctrica de frecuencia industrial en energa elctrica de frecuencia

variable.

Esta variacin de frecuencia se consigue mediante dos etapas en serie. Una etapa

rectificadora que transforma la corriente alterna en continua, con toda la

potencia en el llamado circuito intermedio y otra inversora que transforma la

corriente continua en alterna, con una frecuencia y una tensin regulables, que

dependern de los valores de

consigna. A esta segunda etapa tambin se le suele llamar ondulador.

Todo el conjunto del convertidor de frecuencia recibe el nombre de inversor.

El modo de trabajo puede se manual o automtico, segn las necesidades del

proceso, dada la enorme flexibilidad que ofrecen los reguladores de velocidad,

permitiendo hallar soluciones para obtener puntos de trabajo ptimos en todo

tipo de procesos, pudiendo ser manejados por ordenador, PLC, seales digitales

o de forma manual.

La mayora de las marcas incluyen dentro del propio convertidor protecciones

para el motor, tales como protecciones contra sobre-intensidad,

sobretemperatura, fallo contra desequilibrios, defectos a tierra, etc, adems de

ofrecer procesos de arranque y frenados suaves mediante rampas de aceleracin

y de frenado, lo que redunda en un aumento de la vida del motor y las

instalaciones.

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El uso de convertidores de frecuencia aade un enorme potencial para el ahorro

de energa disminuyendo la velocidad del motor en muchas aplicaciones.

Adems aportan los siguientes beneficios:

Mejora el proceso de control y por lo tanto la calidad del producto. Se puede programar un arranque suave, parada y freno (funciones de

arrancador progresivo).

Amplio rango de velocidad, par y potencia. (velocidades continuas y discretas).

Bucles de velocidad. Puede controlar varios motores. Factor de potencia unitario. Respuesta dinmica comparable con los drivers de DC. Capacidad de by-pass ante fallos del variador. Proteccin integrada del motor. Marcha paso a paso (comando JOG).

III. Variacin de la velocidad en motores DC en derivacin

Las dos maneras ms comunes de variar la velocidad de giro de un motor de DC

en derivacin son:

1. Ajustando el voltaje y la corriente aplicando al devanado de campo. A

medida que el voltaje de campo aumenta, el motor reduce su velocidad.

Este mtodo se sugiere en la siguiente .

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2. Ajustando el voltaje y la corriente aplicado a la armadura. A medida que

aumenta el voltaje de armadura, aumenta la velocidad del motor.

Control de Campo (aplicado al devanado) A medida que aumenta el voltaje de campo, reduciendo Rv en la figura

IMAGEN B. Como puede ser aumentando la corriente de campo. Esto

produce un campo magntico ms intenso, que induce una mayor fuerza

contraelectromotriz en el devanado de armadura. La mayor fuerza

contraelectromotriz tiende a oponerse al voltaje dc aplicado y reduce la

corriente de armadura, Ia. Por tanto, una corriente de campo aumentada

provoca que el motor disminuya su velocidad hasta que la fuerza

contraelectromotriz inducida haya regresado a su valor normal.

En la otra direccin, si se reduce la corriente de campo, el campo magntico

disminuye. Esto causa una reduccin de la fuerza contraelectromotriz creada

por el devanado giratorio de la armadura. Aumenta la corriente de armadura,

obligando al motor a girar con mayor rapidez, hasta que la fuerza

contraelectromotriz de nuevo sea aproximadamente iguala a lo que era antes.

La reduccin de intensidad del campo magntico es compensada por un

aumento de la velocidad de la armadura. Este mtodo de control de

velocidad tiene ciertas caractersticas como lo son:

1. Puede lograrse por medio de un restato, ya que la corriente en el

devanado de campo es bastante baja debido a la gran Rf.

2. Debido al bajo valor de If, el restato Rv no disipa mucha energa. Lo

que causa una mayor eficiencia en el mtodo.

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Por otro lado como todo sistema que posee ventajas tambin posee

desventajas estas son:

1. Para aumentar la velocidad, debe reducirse If, y debilitarse el campo

magntico, reduciendo por tanto la capacidad de produccin de par del

motor.

2. La capacidad de creacin de par de un motor depende de:

a. La corriente en los conductores de armadura

b. La intensidad del campo magntico.

Si se reduce If el campo magntico se debilita, y la capacidad de

produccin de par del motor disminuye. Pero es justo en ese momento

cuando el motor requiere toda la capacidad de produccin de par que

pueda conseguir, pues probablemente requiera de mayor par para mover

la carga a una velocidad mayor.

Control de armadura A medida que el voltaje y la corriente de armadura aumenta, el motor inicia

a girar con mayor rapidez, lo que normalmente requiere de ms par. La razn

del aumento de velocidad es que el voltaje aumentado de armadura requiere

de un incremento de la fuerza contraelectromotriz para limitar el aumento de

corriente de armadura a una cantidad razonable. La nica manera en la que

puede aumentar la fuerza contraelectromotriz es que el devanado de

armadura gira con mayor rapidez, ya que la intensidad del campo magntico

es fijo. En este caso, los ingredientes estn todos presentes para una

produccin mayor de par, ya que la intensidad del campo magntico se

mantiene constante e Ia aumenta.

Uno de los principales problemas con este mtodo es que Rv debe manejar la

corriente de armadura, que es relativamente grande. Por tanto, el restato

debe ser fsicamente grande y costoso, y gastara una cantidad considerable

de energa.

De estos dos mtodos presentados el ms eficiente o til es el de control de

campo.

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IV. Control Mediante Dispositivos de Potencia

Los dispositivos de potencia resultan muy tiles para el control de velocidad de

motores, los usos mas comunes se presentan a continuacin.

1. Control Mediante Tiristores

Como sabemos un SCR puede desempear la mayora de las tareas de un

restato en el control de la corriente promedio a una carga. Es mas, un SCR

o cualquier tiristor de potencia, no tiene las desventajas de los restatos de

alta potencia. Los SCR son pequeos, econmicos y eficientes

energticamente. Por lo que, es natural aparear el motor DC en derivacin y

el SCR para proporcionar control de armadura de la velocidad de un motor.

La distribucin general de un sistema de control de velocidad por SCR que

se muestra a continuacin.

En este la potencia de AC es rectificada para producir potencia de DC para el

devanado de campo. El SCR entonces suministra rectificacin y control de

media onda al devanado de armadura. Disparado pronto el SCR, el voltaje y

la corriente de armadura promedio aumentan y el motor puede operar a

mayor velocidad. Disparando el SCR despus, el voltaje y corriente

promedio de armadura se reducen, y el motor reduce su velocidad. El

circuito de control de disparo de compuerta puede ser un circuito en lazo

abierto o un circuito en lazo cerrado de correccin automtica.

Cabe resaltar que el diagrama esquemtico mostrado no es el nico arreglo

aceptable de armadura con SCR. Otras configuraciones que pueden ser aun

preferibles al circuito mostrado anterior mente son las siguientes, pues estas

proporcionan control de potencia de onda completa, en lugar de control de

media onda.

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V. Sistema de Control de Velocidad Monofsico (de Media Onda)

En la imagen se puede apreciar un circuito de control de velocidad sencillo de

media onda para un motor DC.

La velocidad del motor es ajustada por el potencimetro de ajuste de velocidad de

25K . A medida que se gira hacia arriba, aumenta la velocidad del motor. Esto sucede ya que el voltaje de compuerta relativo a tierra se vuelve una parte mayor

del voltaje de la lnea de AC, permitiendo por tanto que el voltaje de compuerta a

ctodo alcance el voltaje de disparo del SCR ms pronto en el ciclo.

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Al mover hacia abajo el potencimetro de ajuste de velocidad, el voltaje de

compuerta a tierra se vuelve una parte menor de la lnea de voltaje, por lo que le

toma ms tiempo a VGK alcanzar el valor necesario para disparar el SCR.

La relacin entre velocidad y ngulo de retardo de disparo para este sistema se

presenta grficamente.

Como se puede apreciar, la accin de control de velocidad se logra en un rango

bastante estrecho de ajuste del ngulo de retardo de disparo, de 70 a 110

aproximadamente.

Este sistema posee una caracterstica deseable, pues tiene a estabilizar la velocidad

del motor aun frente a cambios de carga. La misma se llama Retroalimentacin de

fuerza contraelectromotriz. Si consideramos que el potencimetro de ajuste de

velocidad esta ajustado para proporcionar una velocidad de eje de 1500 r/min. Si

la carga de par en el motor aumenta ahora, hay una tendencia natural del motor a

reducir su velocidad. Hace esto para lograr que la fuerza contraelectromotriz

pueda disminuir ligeramente, permitiendo un flujo de corriente aumentado. El

aumento de corriente de armadura proporciona el aumento de par necesario para

manejar la mayor carga. Esta es la reaccin natural de todos los motores.

Sin embargo cuando disminuye la fuerza contraelectromotriz, disminuye el voltaje

de ctodo a tierra VK, pues esta depende de la fuerza contraelectromotriz generada

por el devanado de armadura. Si VK disminuye, el disparo del SCR ocurre antes,

pues VG no tiene que subir tan alto como antes para hacer que VGK sea lo

suficientemente grande para disparar el SCR. Por tanto, un aumento de par de

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carga automticamente produce una reduccin del ngulo de retardo de disparo, y

un aumento consecuente del voltaje y corriente de armadura. Esta accin mantiene

casi constante la velocidad del motor, aun ante una carga de par variante. La

grafica de velocidad del motor contra par se presenta a continuacin, donde se

supone una velocidad inicial sin carga de 1500r/min.

La capacidad de un sistema de control de velocidad para mantener de forma

constante la velocidad del motor ante cargas variantes se llama Regulacin de

cargas. En forma de expresin matemtica esta dada por:

SpcSpcSevaCg arg.Re

Donde :

Sev es la velocidad de giro en vaco, o sea que el contrapar de la carga tendiente a

reducir la velocidad del eje del motor es igual a cero.

Spc es la velocidad de giro a plena carga, o sea que el contrapar de la carga

tendiente a reducir la velocidad del motor esta a su mximo.

Esta expresin representa a que a menor cambio en velocidad de la condicin en

vaci a la condicin de plena carga, mejor ser el sistema de control.

Un ejemplo del clculo para la regulacin de la carga es el siguiente:

Supongamos que la velocidad en vaci dada por la grafica ya presenta es

1500r/min y que la velocidad a plena carga es de 1475r/min. Podemos hacer uso

de la expresin ya presentada y obtenemos:

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min/1475min/1475min/1500arg.Re

rrraCg

Reg. Carga = 0.017 1.7%

Por lo general la gran mayora de las aplicaciones industriales posee una

regulacin de carga en el rango de 1.7%.

VI. Sistema de Control de Velocidad Monofsico

Otros circuito de control de velocidad viene dado por el siguiente diagrama.

La potencia AC de entrada es rectificada en un puente onda completa, cuyo voltaje

pulsante DC de salida es aplicado al devanado de campo y al circuito de control de

armadura. El capacitor C es cargado por la corriente que fluye a travs del

devanado, a la placa superior del capacitor. El capacitor se carga cuando alcanza el

voltaje de transicin conductiva del SUS. En ese instante, el SUS permite que

parte de la carga del capacitor se descargue en la compuerta del SCR,

disparndolo. El ngulo de retardo de disparo es determinado por la resistencia del

potencimetro de ajuste de velocidad, que establece la razn de carga de C. El

diodo D3 suprime la contracorriente de ruptura que es producida por el devanado

inductivo de armdura al completarse cada semiciclo. Cuando el SCR se apaga al

final del semiciclo, la corriente contina circulando en la malla de armadura-D3

durante un tiempo corto. Esto disipa la energa almacenada en la inductancia de

armadura.

El propsito de la combinacin R1-D1 es proporcionar una trayectoria de descarga

para el capacitor C. Recuerde que un SUS no cae por completo a 0V al dispararse.

Por lo que, el capacitor no es capaz de descargar toda su carga a travs del circuito

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compuerta-ctodo del SCR. Una parte de la carga permanece en la placa superior

de C, aun despus de que el SCR se ha disparado. A medida que las pulsaciones

del suministro de DC se acercan a 0V, la carga restante en C es transferida a travs

de R1 y de D1 al devanado de campo. Por esto, el capacitor inicia en blanco la

siguiente pulsacin del puente.

Por medio de este sistema tambin se puede proporcionar retroalimentacin de

fuerza contraelectromotriz, por lo que posee una buena regulacin de carga.

Si la carga aumenta, la primero que quiere hacer el motor es reducir su velocidad

un poco para admitir ms corriente de armadura. Al ocurrir esto, la fuerza

contraelectromotriz de la armadura disminuye un poco. A medida que disminuye

la fuerza contraelectromotriz, aumenta el voltaje disponible para cargar el

capacitor C. Esto ocurre porque el voltaje disponible para cargar C es la diferencia

entre el voltaje de pulsacin del puente y la fuerza contraelectromotriz creada por

la armadura. Esto puede entregarse haciendo referencia a las marcas de polaridad

de fuerza contraelectromotriz mostrada en la figura anterior. Con ms voltaje

disponible para cargar C, es natural que C se cargar ms pronto al voltaje de

disparo, aumentando entonces el voltaje promedio suministrado a la armadura.

Esto corrige la tendencia del motor a reducir su velocidad, y lo regresa

virtualmente a la misma velocidad de antes.

VII. Control reversible de Velocidad

Existen aplicaciones industriales que requieren que el giro de un motor reversible.

Esto es, el motor debe ser capaz de girar tanto en direccin de las manecillas de

reloj como en direccin contraria, adems de tener velocidad ajustable. La

inversin de la direccin de giro puede lograrse de dos formas, presentadas a

continuacin:

1. Invirtiendo la direccin de la corriente de armadura, dejando igual la

corriente de campo.

2. Invirtiendo la direccin de la corriente de campo, manteniendo igual la

corriente de armadura.

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En la imagen se puede apreciar la forma de invertir la corriente de armadura en un

sistema de control de onda completa. El mtodo ms directo de inversin de la

corriente de armadura o de campo es por medio de dos contactores arrancadores

de motor independiente. El contactor directo causa el flujo de corriente a travs de

la armadura en una direccin, mientras que el otro contactor, el contactor de

reserva, causa el flujo de corriente en la direccin opuesta. El contactor DIR es

energizado presionando el boton arranque directo. Mientras el contactor REV

est desactivado en ese momento, el contactor DIR se energizar y se sellar

alrededor del botn interruptor NA. El operador puede entonces soltar el boton de

arranque directo, y el contactor permanecer energizado hasta que se apriete el

botn de PARO.

Cuando los contactores DIR estn cerrados, la corriente fluye a travs de la

armadura de abajo hacia arriba, causando el giro en cierta direccin. Cuando los

contactores REV estn cerrados, la corriente de armadura fluye de arriba hacia

abajo, causando por tanto el giro en la direccin contraria a las manecillas del

reloj. La velocidad de giro es controlada por el ngulo de retardo de disparo del

SCR.

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Puede lograrse un control reversible de onda completa sin el uso de conmutadores

con el uso de tiristores, como se muestra en la imagen.

La direccin de giro es determinada por el circuito de disparo que se habilita. Si se

habilita el circuito de disparo directo, los dos SCR superiores se dispararn en

semiciclos alternos de la lnea de AC y pasar corriente a travs de la armadura de

izquierda a derecha, como se indica.

VIII. Sistemas de Manejo Trifsico para Motores DC

Para los motores DC mayores de 10 hp, un sistema de manejo trifsico es superior

a un sistema de una fase. Pues un sistema trifsico proporciona ms pulsaciones de

voltaje de armadura promedio.

A continuacin presentamos uno de los sistemas trifsicos ms sesillos, este

sistema da solo control de media onda, pero es capaz de mantener el flujo continuo

de corriente a travs de la armadura. Logra esto ya que cuando cualquiera de las

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fases se vuelven negativas, cuando menos una de las otras fases esta destinada a

ser positiva. Si cierta fase esta operando la armadura, en el instante que invierte su

polaridad, una de las otras dos fases esta lista para tomar el control. Por lo que

resulta posible mantener el flujo continuo de corriente de armadura.

IX. Sistema de Control de Velocidad para Motores AC

Por sus caractersticas inherentes, los motores de AC no son tan adecuados para

las aplicaciones de velocidad variable como los motores DC, pues su velocidad no

puede controlarse satisfactoriamente mediante la simple variacin del voltaje de

alimentacin. La reduccin del voltaje de alimentacin para un motor de

induccin de 60Hz trifsico ciertamente reducir su velocidad, pero tambin

empeora drsticamente la capacidad de regulacin de velocidad del motor. O sea

que, un motor de induccin de AC operando a un voltaje reducido es incapaz de

mantener una velocidad de eje razonablemente estable ante pequeos cambios en

la demanda de par impuesta por la carga mecnica.

El control satisfactorio de velocidad de un motor de induccin de AC solo puede

lograrse variando la frecuencia de alimentacin mientras se vara simultneamente

el voltaje de alimentacin. Si la fuente de potencia es la lnea comercial de AC de

60Hz, la variacin de frecuencia es una un poco ms compleja. Sin embargo, los

motores AC poseen ciertas caractersticas intrnsecas como lo son:

1. Un motor AC de induccin no tiene conmutador ni conexiones elctricas de

tipo friccin de ninguna clase. Por tanto, es mas fcil y menos costoso su

fabricacin que la de una maquina DC. Sin escobillas que se desgastan y su

costo de mantenimiento es menor.

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2. Gracias a que no tiene conmutador, un motor AC no produce chispas, lo que

representa mayor seguridad.

3. Sin conexiones elctricas expuestas a la atmsfera, un motor de AC se

conserva mejor en la presencia de gases corrosivos.

4. Un motor AC tiende a ser mas pequeo y ligero que un motor DC de potencia.

Existen dos mtodos prcticos para producir una fuente trifsica de frecuencia

variable y alta potencia, para el ajuste de velocidad de un motor industrial de

induccin AC:

1. Convertir un suministro DC en AC trifsico, disparando un banco de SCR en

cierta secuencia y a cierta razn. Un circuito que hace esto se llama

INVERSOR.

2. Convertir un suministro AC de 60Hz, tres fases, en un suministro de AC

trifsico de menor frecuencia, nuevamente disparando bancos de SCR en cierta

secuencia y a cierta velocidad. Un circuito que hace esto se llama

CICLOCONVERTIDOR.

Como no resulta de gran inters para nuestro estudio (pues ya han sido estudiados)

de los inversores, tan solo presentaremos los diversos diagramas esquemticos que

nos ayudan a regular la velocidad de motores AC basados en los inversores,

posteriormente retomaremos otro tema que nos compete con lo es el estudio de los

Cicloconvertidores.

Los Inversores

A continuacin presentamos el diagrama de un inversor trifsico manejando un

motor conectado en estrella. La conversin de numeracin de los SCR ha sido

seleccionada de forma tal que la secuencia de disparo sea en orden ascendente o

descendente si el motor es reversible. Y sus respectivas polaridades de voltaje

para la lnea definida como positiva.

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En la siguiente imagen se puede apreciar con claridad las formas de ondas

idealizadas obtenidas del inversor trifsico cuando sus SCR se disparan en orden

ascendente. Para una carga de motor real, las formas de onda de corrientes serian

alisadas, debido a la inductancia de la bobina. Las condiciones durante cada uno

de los seis intervalos de tiempo que comprenden un ciclo completo de salida del

inversor. Componentes de los campos magnticos y del campo neto durante cada

uno de los seis intervalos de tiempo. Se puede apreciar que el campo magntico

hace un giro de 360 por cada ciclo de salida del inversor para un motor de dos

polos.

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Finalmente presentamos un inversor trifsico con componentes de conmutacin.

El disparo de un SCR auxiliar provoca el apagado del SCR principal del mismo

nmero.

Los Ciclo-convertidores

Un ciclo-convertidor tiene con entrada la lnea de AC trifsica y produce una

salida de voltaje de AC no senoidal a una frecuencia mas baja. Un solo ciclo-

convertidor produce un voltaje de salida de una fase. Para controlar la velocidad

del motor AC trifsico, de induccin o sincrnico, se utilizan tres ciclo-

convertidores individuales manejando los tres devanados individualmente del

estator del motor AC trifsico.

Por convencion, los SCR estan etiquetados exclusivamente con numeros nones.

Se etiquetan de esta manera para que la secuencia de pulsos de compuerta

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siempre sea en orden ascendente, sin importar la cantidad de SCR que posee el

ciclo-convertidor.

1. Ciclo-convertidor de Seis SCR Tres SCR en particular son causantes de la produccin del semiciclo positivo

de la forma de onda de salida. Son los SCR 1,3 y 5. Los tres SCR restantes 7,

9 y 11, son causantes de la produccin del semiciclo negativo. Es

conveniente agrupar mentalmente los SCR de esta manera. A continuacin

se presentan dos diagramas con el mismo funcionamiento para apreciar

mejor la distribucin de los SCR.

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El circuito de disparo del ciclo-convertidor entrega pulsos de compuerta a los

SCR, bsicamente a razn de un pulso de compuerta por cada pulsacin de la

lnea de AC trifsica. La frecuencia de salida es determinada por el nmero

de pulsos de compuerta por semiciclo de la forma de onda de salida. En

trminos sencillos, si el circuito de disparo entrega solo un pequeo numero

de pulsos secuenciales de compuerta a un grupo de termistores antes de

cambiar para entregar la misma cantidad a la otra, entonces cada grupo de

SCR permanecer en conduccin solo durante un tiempo corto. Esto

corresponde a una duracin corta para cada semiciclo de la forma de onda de

salida, provocando que la frecuencia de salida sea alta. Por otra parte, si el

circuito de disparo entrega un nmero grande de pulsos secuenciales de

compuerta a cada grupo de SCR antes de cambiar, entonces cada grupo de

SCR permanecer en conduccin durante un tiempo largo, haciendo que la

frecuencia de salida sea baja.

A continuacin se presenta la onda resultante de un sistema al que se le

entregan 4 pulsaciones por secuencia de compuerta para cada grupo de SCR.

Estos pulsos son entregados en orden ascendente y estn sincronizados para

producir un ngulo de retardo de disparo constante de 30, o sea, cada SCR

es disparado a encendido 30 despus de que su fase de lnea AC asociada

cruce por cero. El orden de encendido de los SCR es 1, 3, 5, 1 y estos se

encienden uno a la vez. Por tanto la forma de onda consiste en segmentos de

una amplitud de 120 y centrados en sus picos positivos. La conmutacin de

los SCR es natural, ya que el disparo a 30 o despus permite que el nuevo

SCR aplique una polarizacin inversa al SCR previamente encendido.

Cuando el circuito de disparo a concluido con el grupo de SCR para la

regin positiva, entrega una secuencia correspondiente de pulsos al grupo de

SCR para la regin negativa, formando por tanto el semiciclo negativo de

VLD. Luego regresa al grupo de SCR positivos y se repite el ciclo.

Un ciclo de VLD corresponde a tres ciclos de voltaje de la lnea AC por lo

que la frecuencia de salida es de un tercio de la frecuencia de la lnea AC.

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La frecuencia de salida se puede encontrar haciendo uso de la siguiente

expresin:

)3/1( PulsosFinFsal

Donde

Fin es la frecuencia de entrada o la frecuencia de la lnea.

Pulsos son el nmero de pulsos con el que trabaja el sistema.

Para apreciar mejor la formas de onda de salida de un cicloconvertidor de un

solo banco, cuando se aumenta el angulo de retardo de disparo con 4

pulsaciones se presenta la siguiente imagen, en la primera el angulo de

disparo es 45 y en la segunda el angulo de disparo es de 90

2. Ciclo-convertidor de Doce SCR

Los SCR adicionales permiten producir seis pulsaciones de voltaje de carga

por cada ciclo de la lnea de AC, en lugar de solo las tres por ciclo de la lnea

AC que analizamos en la imagen anterior. El aumento de pulsaciones de

180Hz a 360Hz provoca que el contenido armnico de la forma de onda de

carga se concentre a mayores frecuencias mas alejado de la frecuencia

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fundamental de salida. Por tanto, se vuelve ms sencillo filtrar el contenido

armnico para obtener una salida senoidal, si se desea. Por conversin los 6

SCR adicionales se etiquetan con nmero pares.

A continuacin presentaremos el diagrama para este ciclo-convertidor, en

este se puede apreciar que la carga se encuentra conectada entre los bancos

de SCR y no esta directamente a la fuente AC trifsica, por lo que no resulta

necesario una conexin a tierra o neutro. Y la fuente trifsica puede ser

conectada ya sea en delta o en estrella dependiendo de las preferencias. Si la

misma se encuentra conectada en estrella los voltajes a los que acceden

sucesivamente los SCR son voltajes de lnea, no voltajes de fase. O sea el

ciclo-convertidor nunca accede al voltaje de A a neutro, para formar una

parte del voltaje de carga. En cambio, si accediese a la lnea A, deber tomar

el voltaje lnea a lnea entre A y B, o el voltaje lnea a lnea A y C.

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Este ciclo-convertidor siempre tiene encendido dos SCR simultneamente,

uno del banco par y otro del bando impar. Se deben disparar los dos SCR

adecuado para lograr iniciar el semiciclo de encendido, una vez iniciado el

semiciclo, el circuito de disparo dispara individualmente los SCR, como

siempre lo ha hecho. Este siempre resulta de la conmutacin natural de los

SCR previamente encendido.

Considerando un ngulo de disparo de 60 y tomando en cuenta que para

lograr el encendido debe habilitarse los SCR 1 y 6 sabemos que la primera

pulsacin de la forma de onda VLD consiste en el segmento de 60 de EAB

(Voltaje entre las lneas A y B). Los SCR 2 y 4 ; 12y 8, estn centrados en su

pido negativo pero se mantiene la polaridad positiva ya que la carga se

conecta inversamente.

3. Ciclo-convertidores Trifsicos

Este es un arreglo de tres ciclo-convertidores monofsicos para que sus

formas de onda de salida estn desfasadas 120. Los ciclo-convertidores

individuales monofsicos pueden ser unidades de un solo banco que

contienen seis SCR, o unidades de doble banco que contienen doce SCR. El

enfoque de un solo banco usa un total de 18 SCR. Generalmente estn

etiquetados con los nmeros impares entre 1 a 35. El enfoque de doble banco

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usa un total de 36 SCR, generalmente etiquetados con todos los enteros de 1

a 36.

A continuacin se muestra un ciclo-convertidor trifsico que resulta de una

combinacin de tres ciclo-convertidores de una sola fase. Puede operar una

carga trifsica conectada en estrella o en delta desde una fuente trifsica

conectada en estrella o en delta. En este diagrama se muestra un solo banco

de SCR por fase, 18 SCR en total. Una unidad de doble banco tendra

36SCR.

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Su respectiva grfica se muestra a continuacin.

X. Procesos Industriales y Regulacin de Velocidad

Para estimar el ahorro es necesario conocer el proceso industrial en que se

pretende instalar el regulador de velocidad. No todos los procesos ahorran energa,

incluso hay procesos en que la energa no aumenta con la velocidad. Con el fin de

identificar puntos de ahorro en la industria, vamos a ver a continuacin las cargas

tpicas que nos podemos encontrar. En la mayora de los procesos, se tendrn

combinaciones de varios de estos tipos.

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PAR CONSTANTE

PAR CRECIENTE LINEALMENTE CON LA VELOCIDAD

PAR CRECIENTE CON EL CUADRADO DE LA VELOCIDAD

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POTENCIA CONSTANTE

Como se puede comprobar en las grficas, los ahorros ms importantes los

tendremos en las cargas de par cuadrtico, donde una pequea disminucin de

velocidad produce una gran disminucin de potencia absorbida por el motor.

XI. Ahorro Energtico

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CONCLUSIN Los elementos de potencia son los elementos ms eficientes para el control o

regulacin de la energa en los circuitos electrnicos, pues estos posee una

propiedad que permite determinar cuando inician a funcionar, lo que permite el

buen aprovechamiento de la energa.

Los ciclo-convertidores son muy tiles para controlar la velocidad de los motores

AC.

Los motores AC posee angulas ventajas sobre los DC como lo son:

Es menos costoso su fabricacin que la de una mquina DC. Un motor AC no produce chispas, lo que representa mayor seguridad, pues no

posee conmutador.

Un motor de AC se conserva mejor en la presencia de gases corrosivos. Un motor AC tiende a ser ms pequeo y ligero que un motor DC de potencia.

El ngulo de disparo de los dispositivos de potencia ayudan a establecer el intervalo

de encendido y apagado del dispositivo, a mayor ngulo menor ser el voltaje

consumido por la carga.

Existen diversas formas para controlar la velocidad de los motores, por medio de

dispositivos de potencia y por medio de dispositivos que no son de potencia, como

el 555.

Los motores DC por sus caractersticas intrnsecas resultan menos complejos para

controlar su velocidad, en cambio los motores AC son mas complejos pues la

fluctuacin e inestabilidad del sistema complica el control de la velocidad del motor.

Para lograr un ahorro energtico, resulta indispensable hacer una buena seleccin

del equipo requerido para determinado trabajo, dependiendo de la industria.

TODAS LAS QUE SE TE OCURRAN

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BIBLIOGRAFA http://fing.uncu.edu.ar/catedras/industrial/control/archivos/control/variadores_de_fre

cuencia.pdf

http://www.conae.gob.mx/wb/CONAE/CONA_2403_motores_electricos

Maloney, Thimothy. Electrnica Industrial Moderna, Tercer Edicin, Prentice Hall.

Impreso en Mxico 1997.

Rashid, Muhammad. Electrnica de Potencia, Segunda Edicin. Prentice Hall.

Impreso en Mxico 1993.

Faure Benito, Roberto. Mquinas y accionamientos elctricos, Primera Edicin.

Impreso en Madrid 2000.