Tema3 Control Maq AC
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CONTROL DE MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA
• Máquina de inducción
– Conceptos básicos
– Circuito equivalente y característica mecánica
– Métodos de regulación
– Control por variación de frecuencia
– Regulación de máquinas de rotor devanado
• Máquina síncrona
– Conceptos básicos
– Circuito equivalente y característica mecánica
– Métodos de regulación
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
Control de Máquinas Eléctricas 1
• Constitución
• Tipos de motor– Rotor devanado
– Rotor de jaula• Sencilla
• De ranura profunda
• De doble jaula
• Ventajas – Coste de fabricación
– Robustez, mantenimiento
– Característica mecánica
– (-) regulación
– (-) modelo matemático
– (-) rendimiento
MÁQUINA DE INDUCCIÓN, CONCEPTOS BÁSICOS
Figura 1: Máquina de inducción
Figura 2: Tipos de rotor de jaula
Control de Máquinas Eléctricas 2
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
Control de Máquinas Eléctricas 3
CIRCUITO EQUIVALENTE Y ECUACIONES
Figura 3: Circuito equivalente, potencias22
2
222
2
21
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:eléctrica ticaCaracterís
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TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
Figura 4: Características mecánica y eléctrica nominales
Control de Máquinas Eléctricas 4
CARACTERÍSTICAS MECÁNICA Y ELÉCTRICA
( ) ( )[ ]
( )
( )
++±
=
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+++=
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2
2
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TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
MÉTODOS DE REGULACIÓN DE VELOCIDAD
• Factores de la velocidad de funcionamiento– Variación del deslizamiento ( V1, R2 )
– Variación de la velocidad síncrona ( p, f )
Control de Máquinas Eléctricas 5
Figura 5: Métodos de regulación de velocidad en máquinas asíncronas
)1(2/
2)1( s
p
fsSm −=−= πωω
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• Variación de tensión– Tind = k V2
– Rendimiento
– Intensidades
– Arranque Y -∆
• Variación de resistencia rotórica– TiMAX = f (R2)– Rotor devanado– R variable– Rendimiento
CONTROL POR VARIACIÓN DE DESLIZAMIENTO
Figura 6: Variación de V1
Figura 7: Variación de R2
Control de Máquinas Eléctricas 6
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• Método de polos consecuentes
– Relaciones 2:1, 4:1
– Variación de caract. nominales
• Devanados de estátor múltiples
CONTROL POR VARIACIÓN DE Nº DE POLOS
Figura 8: Polos consecuentes Figura 9: Tipos de conexión
Control de Máquinas Eléctricas 7
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• Ventajas– Caract. mecánica vertical
– Rango de regulación de ω
– Rendimiento
– Versatilidad
• Variación de f , a V cte.– Efecto de la frecuencia
– Magnetización– Par– Intensidades
CONTROL POR VARIACIÓN DE FRECUENCIA
Figura 10: Variación de f ( V1=VfN )mm Lfj
EI
π21=
Control de Máquinas Eléctricas 8
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• φ = cte. ≈ φN ( Im )– Ti ≈ k φ IR
– Aprov. Material
• Caract. mecánica (E1 , f ctes)
FUNCIONAMIENTO A FLUJO CONSTANTE (I)
Figura 11: Circuito equivalente
Control de Máquinas Eléctricas 9
22
222
212
1
1
22
222
212
22
22
212
22
22
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2
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2
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EsR
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π
πω
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ωωω • Par máximo
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d
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m
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22
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π
ππ
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
FUNCIONAMIENTO A FLUJO CONSTANTE (II)
Figura 12: Variación de f (φ = φ N)
Figura 13: Diagrama fasorial del estator
Control de Máquinas Eléctricas 10
• Pendiente de la carac. mecánica
ωπ
ωω
ωωω
π
∆≈
∆=−=
≈→>>
21
21
22
2
2
21
12
2
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2
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E
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Como
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• Tensión necesaria
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121121
12112111
21
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2π+=+≈∆++−+=
+−≈++=+=
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• φ = cte. ≈ φN ( Im )
FUNCIONAMIENTO A FLUJO CONSTANTE (III)
Figura 15: Variación de f (φ = φ N)Figura 14: Variación de V1
Control de Máquinas Eléctricas 11
Pf
Pfs
sZEIIII
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EE
m
S
mS
m
N
/2
/2
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1
1
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1111
11
πωπ
ωωω −=−=
=+=+=
=
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• V1 = k·f = VfN/fN ·f
– E ≈ V1 (φ ≈cte)
– Bajas frecuencias, R1I1
– Límite superior V1N
CARACTERÍSTICAS TENSIÓN - FRECUENCIA (I)
Figura 17: Variación de f ( V1 = k·f )Figura 16: Variación de V1
Control de Máquinas Eléctricas 12
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• V1 = K·f +V0
– Refuerzo del par
– V0 ≈ 2 a 20% ≈ R1·I1– Refuerzo dinámico
– K = (V1N – V0)/fN
Figura 19: Variación de f ( V = k f+V0 )Figura 18: Variación de V1
Control de Máquinas Eléctricas 13
CARACTERÍSTICAS TENSIÓN - FRECUENCIA (II)
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• U = k·f 2+V0
– Tres= k ω2
– Arranques suaves
– Ahorro energético
– Refuerzo de par
Figura 21: Variación de f (V1 = k f 2+V0)Figura 20: Variación de V1
Control de Máquinas Eléctricas 14
CARACTERÍSTICAS TENSIÓN - FRECUENCIA (III)
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• Límites de operación– V, I, ω, T, P
– Zona TMAX cte
– Zona PMAX cte
– Zona alta velocidad (X2)
– Capacidad de refrigeración
VARIACIÓN DE FRECUENCIA. ZONAS DE OPERACIÓN
Figura 23: Limites térmicos
Control de Máquinas Eléctricas 15
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
Figura 22: Zonas de operación
• Arranque– Inercia mecánica
– Valores I1– Rampas
• Parada– Inercia, intensidades
– Generador - freno
– Resistencia de frenado
• Cambios de consigna– Límites de respuesta
ARRANQUE Y TRANSITORIOS MECÁNICOS
Figura 24: Rampas de aceleración
Figura 25: Resistencia de frenado
Control de Máquinas Eléctricas 16
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• Rampas de variación de f– Arranque
– Parada
– Cambios ωref
• Refuerzo de par– Ajuste dinámico
– Valor de Id
• Limitador de corriente– Márgenes de seguridad
• Compensación de s– Modelo de ajuste
CONTROL Y TRANSITORIOS
Figura 26: Bloques de control
Figura 27: Compensación deslizamiento
Control de Máquinas Eléctricas 17
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• Características a f nominal– Fuente de intensidad I1N
– Par inducido
– Tensión a aplicar
FUNCIONAMIENTO A INTENSIDAD CONSTANTE
Figura 29: f variable
• Variación de frecuencia– Par inducido
– Límites de tensión
Figura 28: f nominal
Control de Máquinas Eléctricas 18
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
MOTOR DE ROTOR DEVANADOCONTROL DEL DESLIZAMIENTO
Figura 30: Regulación por Resistencia rotórica
Figura 31: Regulación continua con dispositivo electrónico
( ) ( )[ ]
( )
( )
++±
=
++±=
+++=
22
2
2
22
2
2
22
22
22
1
2
3
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XXR
Rs
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sRVsT
THTHTHS
THiMAX
THTH
MAX
THTHS
THi
ω
ω
Control de Máquinas Eléctricas 19
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
MOTOR DE ROTOR DEVANADO.RECUPERACIÓN DE DESLIZAMIENTO
Figura 32: Grupo Kramer estático. Recuperación de la potencia de deslizamiento. Características mecánicas.
• Potencia de deslizamiento
• Potencia del convertidor
• Frecuencia de funcionamiento
Control de Máquinas Eléctricas 20
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
MOTOR DE ROTOR DEVANADO. FRENADO REGENERATIVO
• Frenado regenerativo
• Funcionamiento subsíncronoe hipersíncrono
Figura 33: Grupo Scherbius estático con convertidor reversible
Figura 34: Cicloconvertidor. Funcionamiento básico.
Control de Máquinas Eléctricas 21
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
• Motor síncrono– Circuito equivalente
– Característica mecánica
– Regulación de velocidad
MÁQUINA SÍNCRONA. CONCEPTOS BÁSICOS
Figura 36: Circuito equivalente por fase y característica mecánica
Control de Máquinas Eléctricas 22
P
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X
EVT S
SS
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23 ===
Figura 35: Estructura y configuraciones de la máquina síncrona
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
– Regulación de velocidad
– Característica mecánica (IF = cte)
– Característica V/f
– Zonas de operación
– Modos de funcionamiento
MOTOR SÍNCRONO. VARIACIÓN DE FRECUENCIA
Control de Máquinas Eléctricas 23
δπ
δπππ
δω
πωπω
πω
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V
L
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S
A
⋅Φ=
⋅Φ=
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3
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23
3
2
/2
2
Figura 37: Regulación de velocidad por frecuencia de la tensión de alimentación
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
MOTOR SÍNCRONO. CONTROL EN LAZO ABIERTO
Figura 38: Regulación de velocidad en lazo abierto.
• Regulación en lazo abierto
• Frenado regenerativo: Cicloconvertidores.
• Limitación de variación de velocidad: transitorios de sincronización.
Control de Máquinas Eléctricas 24
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA
MOTOR SÍNCRONO. CONTROL EN LAZO CERRADO
Figura 39: Regulación de velocidad en lazo cerrado.
• Motor síncrono autopilotado:
• Medida de posición: Sincronización de campos magnéticos.
• Convertidor de corriente. Balance de potencia
Control de Máquinas Eléctricas 25
TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA