Control de motores CD

Las técnicas de control de motores DC son herramientas que se utilizan para controlar la velocidad, el par y el suministro de potencia de los motores de corriente continua. El control de motores puede llevarse a cabo mediante tiristores y un conocimiento básico de electrónica de potencia.

La mayoría de motores utilizados en la industria se conectan directamente a las líneas de distribución eléctrica, y se alimentan con corriente alterna o corriente directa. Las terminales de los devanados del motor se conectan directamente a las líneas de suministro eléctrico, y sus características de operación se mantienen inalterables, al tener una tensión de entrada constante. El motor trabaja en condiciones nominales cuando se alimenta con la tensión indicada en la placa de operación, entregando potencia constante a la carga conectada en el eje.

La naturaleza de la carga que se acopla al eje del motor define el comportamiento de esta máquina. Para el caso de una carga liviana, el motor desarrollara una velocidad relativamente alta y un par de giro bajo. Por el contrario, si se dispone de una carga pesada o difícil de mover, el motor se moverá a una velocidad menor y entregara más par, pues una mayor carga lo exige. Sin embargo, si la carga se mantiene constante, la operación del motor también se mantendrá constante, sin posibilidades de controlar la velocidad debido a que la tensión de suministro no se ve modificada.

Existen casos en la industria que requieren el manejo de las características de operación de los motores. Este control se suele hacer mediante tiristores. La combinación del motor, los tiristores de control y demás componentes electrónicos asociados son conocidos como el sistema de control de velocidad, sistema de accionamiento o sistema de excitación de motor.

Fuerza Electromotriz factores que facilitan su manejo[editar]

La intensidad del campo magnético. Mientras más intenso sea el campo, la fuerza contra-electromotriz tiende a ser mayor.

La velocidad de rotación. Mientras mayor sea la velocidad, la fuerza electromotriz tiende a ser mayor. también puede variar hay diferentes formatos para desarrollarlo.

Forma de Variar la Velocidad de un motor DC en Derivación[editar]

Ajustar el voltaje (y la corriente) aplicado al devanado del campo. Al aumentar el voltaje de campo, el motor desacelera.

Ajustar el voltaje (y la corriente) aplicado a la armadura. Al aumentar el voltaje en la armadura el motor acelera.

El control de armadura muchas veces se prefiere al de campo pues puede manejarse con más libertad la producción de par con este método.

Control de Armadura con Tiristor[editar]

Uso de Tiristores para Control de Motores DC

SCR y Sistema de Control

En este caso el SCR (Sillicone Controlled Rectifier) puede hacer la mayor parte de las funciones de un reóstato, en el control de la corriente promedio de una carga sin las limitaciones de gran potencia. Estos son pequeños, poco costosos y eficientes en energía. Es natural acoplar el motor para control de armadura para la velocidad del motor. Según la figura el SCR proporciona entonces rectificación de media onda y control al devanado de armadura. Si se da un temprano disparo del SCR, el voltaje y la corriente promedio de la armadura aumentan y el motor puede trabajar con más rapidez. Al disparar el SCR más tarde, se reducen el voltaje y la corriente promedio y el motor trabaja más lento.

Sistema de control de Media Onda y una Fase para la Velocidad de un Motor de DC en Derivación[editar]

La velocidad del motor se ajusta con el potenciómetro de 25 K. Al girarlo hacia arriba, aumenta la velocidad del motor, esto se debe a que el voltaje de compuerta en relación con tierra se vuelve una parte mayor del voltaje respectivo de la línea de CA, y esto permite que el voltaje de compuerta a cátodo llegue más temprano en el ciclo al valor del voltaje de disparo del SCR. La relación entre la velocidad y el ángulo de retardo de disparo, para este sistema, se grafica. Se puede ver que la acción de control de velocidad se logra en un ajuste bastante apretado de unos 70˚ a 110˚.

Cuando disminuye la fuerza electromotríz, baja el voltaje de cátodo a tierra, porque VK depende de gran parte de la fuerza electromotríz. Si VK disminuye, el disparo del SCR se efectúa antes porque VG no tiene que aumentar tanto para que el voltaje cátodo-ánodo sea lo suficientemente grande como para disparar el SCR. Un aumento en el par de giro produce una reducción en el ángulo de disparo, a su vez, esto nos da una mayor corriente y voltaje de armadura elevando la velocidad y compensando cualquier caída de velocidad dada por la elevación de par de giro.

Dependencia de Velolcidad de Giro a Angulo de Disparo

Sistema de Control de Media Onda Monofásico para la Velocidad de un Motor DC[editar]

Control de Media Onda para la Velocidad de un Motor DC

El funcionamiento de este control se describe a continuación: la corriente alterna que llega se rectifica en un puente de onda completa, cuyo voltaje pulsante de DC se aplica al devanado de campo y al circuito de control de armadura. Se carga el capacitor con la corriente que fluye por el devanado de la armadura, de baja resistencia, a través del diodo D2 y el potenciómetro para el ajuste de velocidad luego sigue a la placa superior del capacitor. El capacitor se carga hasta

llegar al voltaje de transición conductiva del SUS [Interruptor unilateral de silicio]. En ese instante el SUS permite que se descargue parte del capacitor en la compuerta del SCR, disparándolo. El ángulo de disparo se determina por la resistencia del potenciómetro de ajuste de velocidad, que determina la rapidez de carga de C. El diodo D3 suprime toda polarización inversa producto del devanado inductivo de la armadura al terminar medio ciclo. Cuando el SCR abre al final de un semiciclo, la corriente continua circulando en el lazo D3 y armadura. El objeto de la combinación R1-D1 es proporcionar una trayectoria de descarga para el capacitor C. Recuerde que el SUS no vuelve totalmente a los 0 V, cuando se dispara. El capacitor no puede descargar toda su carga a lo largo del circuito cátodo-compuerta del rectificador del silicio. Queda algo de carga en la placa superior de C. A medida que los pulsos del suministro de DC se acercan a 0, la carga en C se descarga a través de R1 y D1. Así el capacitor pierde toda carga residual para comenzar la siguiente pulsación del puente de diodos.

USO DE TIRISTORES PARA CONTROL DE MOTORES DC

SCR Y SISTEMA DE CONTROL

CONTROL DE MEDIA ONDA PARA LA VELOCIDAD DE UN MOTRO DC

2.

Generadores de CC. Dinamos

los generadores de corriente continua son maquinas que producen tensión su funcionamiento se reduce siempre al principío de la bobina giratorio dentro de un campo magnetico.Si una armadura gira entre dos polos magnéticos fijos, la corriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolución, y en el otro sentido durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. En las máquinas antiguas esta inversión se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban entre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón se mantenían en contacto con el conmutador, que al girar conectaba eléctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posición en el momento en el que la corriente invertía su sentido dentro de la bobina de la armadura. Así se producía un flujo de corriente de un sentido en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 voltios. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de diodo.

Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo magnético a través del cual se esté moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo.

El campo inductor de un generador se puede obtener mediante un imán permanente (magneto) o por medio de un electroimán (dinamo). En este último caso, el electroimán se excita por una corriente independiente o por autoexcitación, es decir, la propia corriente producida en la dinamo sirve para crear el campo magnético en las bobinas del inductor. Existen tres tipos de dinamo según sea la forma en que estén acoplados el inductor y el inducido: en serie, en derivación y en combinación.

Los generadores de corriente continua se clasifican según el método que usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo. Un generador de excitado

en serie tiene su campo en serie respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivación, tiene su campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en paralelo. Los dos últimos tipos de generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas eléctricas variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable. Un magneto es un generador pequeño de corriente continua con un campo magnético permanente.

3.

Generador de excitación serie

El devanado inductor se conecta en serie con el inducido, de tal forma que toda la corriente que el generador suministra a la carga fluye por igual por ambos devanados.Dado que la corriente que atraviesa al devanado inductor es elevada, se construye con pocas espiras de gran sección.Tiene el inconveniente de no excitarse al trabajar en vacío. Así mismo se muestra muy inestable por aumentar la tensión en bornes al hacerlo la carga, por lo que resulta poco útil para la generación de energía eléctrica.Para la puesta en marcha es necesario que el circuito exterior esté cerrado.

La excitación de un generador en serie se lleva a cabo cuando los devanados de excitación y del inducido se conectan en serie y, por lo tanto la corriente que atraviesa el inducido en este tipo de generador es la misma que la que atraviesa la excitación. Este último devanado, está constituido por pocas espiras con hilo conductor de gran sección, pues la f.e.m. necesaria para producir el campo principal se consigue con fuertes corrientes y pocas espiras.

Generador en derivación (shunt )

Siendo el generador shunt una maquina autoexitada, empezara a desarrollar su voltaje partiendo del magnetismo residual tan pronto como el inducido empiece a girar. Después a medida que el inducido va desarrollando voltaje este envía corriente a través del inductor aumentando él número de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta su valor normal.Generador con excitación compound

El generador con excitación compound tiene la propiedad de que puede trabajar a una tensión prácticamente constante, es decir, casi independiente de la carga conectada a la red, debido a que por la acción del arrollamiento shunt la corriente de excitación tiende a disminuir al aumentar la carga, mientras que la acción del arrollamiento serie es contraria, o sea, que la corriente de excitación tiende a aumentar cuando aumente la carga. Eligiendo convenientemente ambos arrollamientos puede conseguirse que se equilibren sus efectos siendo la acción conjunta una tensión constante cualquiera que sea la carga. Incluso, se puede obtener dimensionando convenientemente el arrollamiento serie, que la tensión en bornes aumente si aumenta la carga, conexión que se denomina hipercompound y que permite compensar la pérdida de tensión en la red, de forma que la tensión permanezca constante en los puntos de consumo.

El generador compound tiene la ventaja, respecto al generador shunt, de que no disminuye su tensión con la carga, y, además, que puede excitarse aunque no esté acoplado al circuito exterior, tal como vimos que sucedía en el generador shunt. Durante la puesta en marcha, funciona como un generador shunt una vez conectado a la red, la tensión en bornes del generador shunt, tendería a disminuir si no fuera por la acción del arrollamiento serie, que compensa esta tendencia. Es decir, que el arrollamiento serie sirve para regular la tensión del generador, en el caso de que la resistencia exterior descienda más allá de cierto límite.

Un generador compound no puede utilizarse para cargar baterías de acumuladores.

Para invertir el sentido de giro, sin suprimir el magnetismo remanente, es necesario invertir las conexiones de los dos circuitos de excitación; de esta forma, queda invertida solamente la polaridad de las escobillas.

El generador compound (igual que sucedía con el generador de excitación independiente), no puede funcionar en cortocircuito porque entonces, la acción del arrollamiento serie puede llegar a ser superior al efecto del arrollamiento shunt, y como consecuencia la corriente en el inducido puede alcanzar un valor de dos a tres veces mayor del normal, con el consiguiente peligro para los arrollamientos de la máquina.

4.

Protección de Motores EléctricosPROTECCIÓN DE MOTORES ELECTRICOS SEGÚN EL  C.E.N

En el Código Eléctrico Nacional se establecen los requisitos minimos para la protección de motores en baja tension.En todo circuito ramal de motores debe existir al menos: 

1.- El Seccionamiento. Lo provee un dispositivo que sea capaz de abrir el circuito con indicación visual de ON – OFF. El propósito es garantizar la apertura del circuito ramal con seguridad, para proteger a los usuarios y operadores.

2.- La Protección Automática contra Cortocircuito. Se trata de un dispositivo de acción instantánea (magnético o electrónico) capaz de detectar y cortar cualquier corriente superior a la corriente de arranque del motor, la cual puede ser varias veces la corriente nominal, dependiendo de la Letra de Código del motor. Esta puede ser una protección de fusible, bobina magnética o relé electrónico acoplado a un transformador de corriente.

3.- El Dispositivo para Maniobras. Habitualmente se utilizan contactores electromagnéticos o arrancadores de compuerta electrónica. Realmente no es una protección, aunque puede soportar las corrientes de arranque. Aunque es para controlar el arranque y parada del motor, de hecho es el dispositivo que abre y cierra el circuito ramal del motor tanto en operación normal como en sobrecarga.

4.- La Protección contra Sobrecarga. Este dispositivo está llamado a detectar las corrientes de sobrecarga comprendidas por encima de la corriente nominal; pero inferiores a las corrientes de cortocircuito. Aunque sensa también a estas últimas, su accionamiento es retardado y no actúa suficientemente rápido para despejarlas. Esto lo debe hacer la protección de

cortocircuito. En este caso suelen utilizarse relés bimetálicos, fusibles de acción retardada y relés electrónicos.

Inclusive se han desarrollado dispositivos que son capaces de cubrir todas juntas las exigencias de la norma. Son los llamados protectores integrales o “salva motores”

Modernamente, se fabrican relés o dispositivos electrónicos multifunción para la protección de motores. Los más modernos incorporan puertos de comunicación serial para transmitir en forma digital todos los datos del circuito motor donde están instalados. Los datos se envían a un microprocesador o computador para producir las señales de alarma y acciones correctivas necesarias. Con este tipo de relés pueden detectarse las siguientes condiciones de falla:

Temperatura Máxima

El aislamiento es la parte mas vulnerable de los motores. Se afirma que la vida de un motor está en relación directa con la vida de su sistema aislante. Si no se sobrepasa la máxima temperatura que éste puede soportar, el motor podría prestar servicio durante muchos años.

DIAGRAMA ESQUEMATICO EQUIVALENTE SHUNT

DIAGRAMA ESQUEMATICO EQUIVALENTE SERIE

compuod