Práctica máquinas asíncronas upm madrid

11Laboratorio de Mquinas Elctricas.

E.T.S. Ingenieros Industriales

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICA Universidad Politcnica de Madrid

MquinasElctricasII

MQUINASASNCRONAS

- Funcionamiento como generador - Arranque suave - Regulacin de velocidad



Laboratorio de Mquinas Elctricas. Pgina 1 de 24

NDICE

PROCEDIMIENTO:

1. Alcancedelaprctica.

2. FuncionamientodelaMAcomogenerador.

3. Arranquesuavedemotoresasncronos.

4. Regulacindevelocidaddemotoresasncronos.

5. NormasdeseguridadparatrabajarenelLaboratoriodeMquinasElctricas.

PROTOCOLO DE ENSAYOS (rellenar y entregar como memoria):

6. Placadecaractersticasdelamquinaaensayar.

7. Funcionamientocomogenerador.Ensayos.

8. Arranquedemotoresasncronos.Ensayos

9. Regulacindevelocidaddemotoresasncronos.Ensayos

1. ALCANCEDELAPRCTICA

En la primera parte de esta prctica se trata de comprobar cmo es el funcionamiento de una mquina asncrona cuando trabaja como generador, bien conectada a la red o bien en red aislada, observando en todo caso que la mquina necesita energa reactiva para su magnetizacin. En la segunda parte se analizar el arranque de un motor de induccin cuando es alimentado a travs de un convertidor electrnico denominado arrancador de tiristores, arrancador suave o, simplemente, regulador de tensin a frecuencia de red. Se comparar este mtodo de arranque con el arranque directo y el arranque estrella-tringulo. En la ltima parte de la prctica se presentar un equipo variador de velocidad o variador de frecuencia comercial, de los que se utilizan en la industria fundamentalmente para regular la velocidad de los accionamientos elctricos con motor de induccin. Se analizar tanto la constitucin fsica del convertidor como su algoritmo de regulacin bsico (control escalar), as como los distintos parmetros programables que incorpora el equipo, necesarios para adecuar su funcionamiento al motor concreto al que va a alimentar y al tipo de accionamiento en donde va a trabajar.




2. FUNCIONAMIENTOCOMOGENERADOR.

GENERADOR ASNCRONO ACOPLADO A LA RED. Se arranca la mquina asncrona como motor (a travs del autotransformador regulable), quedando por tanto girando en vaco a una velocidad muy prxima e inferior a la de sincronismo (Fig.1). En esta situacin se comienza a alimentar al motor de corriente continua de la bancada de ensayo, que est acoplado en el mismo eje (para ello se habr comprobado previamente que coincide el sentido de giro del motor de continua y el de del motor asncrono), de forma que habr un momento en que ste asuma las prdidas mecnicas del conjunto rodante y se alcance la velocidad de sincronismo exacta (1500 r.p.m para la M.A del laboratorio). En este punto de funcionamiento la mquina asncrona se encuentra en vaco absoluto, y la corriente que consume de la red ser prcticamente reactiva inductiva pura, ya que no circular corriente por el rotor (slo habr prdidas en las resistencias de estator y en el hierro). Si se sigue incrementando la alimentacin del motor de continua (tensin de inducido, ya que normalmente la excitacin estar alimentada a plena tensin), el conjunto superar la velocidad de sincronismo y la mquina asncrona comenzar a funcionar como generador, esto es, con deslizamiento negativo y entregando potencia activa a la red.

M A M C C

RED

Fig 1.

En estas condiciones de funcionamiento se tomarn distintos puntos de trabajo de la M.A. como generador (ver Fig 2). A medida que se acelera al motor de continua (y por tanto a la M.A.), aumentar el deslizamiento negativo con el que trabaja el generador asncrono y el par resistente que ste opone, y se tendr un nuevo punto para registrar en la caracterstica par-velocidad. Se registrarn en cada caso los valores de potencia activa y reactiva que entrega y consume de la red, respectivamente, el generador asncrono. CONCLUSIN: La M.A. siempre consume reactiva, ya que la necesita para crear y mantener el flujo en la misma. Al no tener un devanado de excitacin como la M.S. o la M.C.C. toma la energa magnetizante del nico sitio que puede, de la red a la que est conectada (con lo que penalizar el f.d.p. de la instalacin en la que se encuentre instalado). Esta es la principal limitacin de la M.A. en su funcionamiento como generador.




Fig 2.

GENERADOR ASNCRONO FUNCIONANDO EN RED AISLADA. Se arrastra a la M.A. mediante el motor de continua empleado en el caso anterior, pero ahora sus bornes estarn desconectados de red. Se comprueba que el generador asncrono en movimiento no presenta tensin en sus bornes, a no ser que se conecte en paralelo con su estator, una carga capacitiva (trifsica) adecuada. El valor de este condensador trifsico debe ser el que proporcione la energa reactiva que necesita la M.A. para magnetizarse. Una vez que aparezca flujo en la M.A. en movimiento, habr tensin en sus bornes y funcionar como generador. Al proceso que hace aparecer el flujo en la mquina se le denomina autoexcitacin o autocebado. El esquema de montaje es el que se presenta en la Fig. 3.

M A M C C R S T

Fig 3.

La autoexcitacin comienza a partir del pequeo flujo remanente que mantiene el rotor, que por estar girando, induce una pequea f.e.m en cada fase del estator. A su vez, esta pequea tensin en bornes del generador asncrono, que tambin est aplicada en bornes del condensador (en paralelo), se traduce en una pequea corriente por este ltimo, corriente magnetizante para la M.A. En la Fig. 4 se representa la evolucin de la tensin y la corriente entre el generador asncrono y el condensador, que va creciendo escalonadamente entre las curvas caractersticas de ambos sistemas conectados en paralelo. Tngase en cuenta que este proceso no ocurrira si lo que se conecta en paralelo con la M.A es, por ejemplo, una carga resistiva pura de igual valor hmico que la carga capacitiva empleada. Es justo el tipo de corriente capacitiva que cede el condensador, la corriente inductiva (magnetizante) que necesita el generador asncrono para crear tensin en sus bornes.

M

nn1




U

I

1/wC 1/wC 1/wC

C>C>C

Fig 4.

En la Fig. 4 tambin se presentan los distintos puntos de equilibrio (punto de corte entre las dos caractersticas) que se alcanzaran poniendo en paralelo con la M.A. distintas cargas trifsicas de condensadores con distinta capacidad ( C>C>C>C ). Hay que sealar que este sistema de excitacin para el generador asncrono en red aislada, resulta de complicada regulacin (sistema de regulacin de la tensin), ya que constantemente hay que modificar la capacidad de esta batera de condensadores conectada en bornes del generador, tanto para hacer frente a las variaciones de tensin por cadas de tensin internas provocadas por variaciones de la carga, como para regular la energa reactiva que se le demande al generador asncrono. A esto hay que aadir que resulta tambin necesario un sistema de regulacin de la frecuencia, para garantizar que las variaciones en la potencia demandada a este generador no afecten a la calidad de la onda de suministro (se mantiene la frecuencia generada en los lmites establecidos).

3. ARRANQUEDEMOTORESASNCRONOSARRANCADOR SUAVE. Se trata de un convertidor electrnico que se intercala entre el motor y la red para limitar la corriente en el arranque del motor. Consta, en cada rama, de dos tiristores conectados entre s en antiparalelo, de forma que cuando no conduce ningn tiristor de la rama se aplica a la carga, en esa fase, una tensin nula, y cuando alguno se encuentra conduciendo, se aplica a la carga toda la tensin de alimentacin (control en modo total). En funcin del valor de la tensin alterna de la fuente (semiciclo positivo o negativo) se dispara un tiristor u otro, de manera que la tensin que se aplica en cada fase del motor es slo una fraccin de la semionda completa de la fuente. Controlando el ngulo de disparo de cada tiristor despus del paso por cero de la tensin de la fuente se obtendr en la carga una tensin alterna de la misma frecuencia pero con un valor eficaz equivalente regulable.




En la Fig. 5, a modo de ejemplo, se representa el caso de un regulador de tensin monofsico actuando sobre una carga R-L. Es un funcionamiento conocido como control de fase porque se regula el ngulo de disparo de los tiristores, respecto al paso por cero de la tensin de alimentacin (variar entre 180, que equivale a aplicar una tensin nula a la carga, y 0, que equivale a aplicar a la carga la tensin de alimentacin integra).

Fig. 5. Regulador de tensin monofsico

En la Fig. 6 se presenta la tensin de alimentacin U, las seales de disparo de ambos tiristores U+ y U-, y la tensin y corriente en la carga, cuando se dispara el convertidor con un ngulo de 110.

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

-600

-400

-200

0

200

400

600

U+

U-

110

110

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

-600

-400

-200

0

200

400

600Ucarga

Icarga

Fig. 6. Tensin y corriente en una carga R-L con regulador de tensin monofsico

RED

R

U-

U+

L U CARGA




En la Fig. 7 se presenta un convertidor de tiristores trifsico que funciona a frecuencia de red (constante). Se utiliza fundamentalmente como regulador de tensin y va intercalado entre la red y la mquina que se desea controlar. A este dispositivo es al que se conoce industrialmente como arrancador suave, y se emplea, como ya se ha mencionado, para limitar la corriente durante el arranque de los motores de induccin.

Fig. 7 Regulador de tensin de tiristores trifsico (Arrancador suave).

En la Fig. 8 se presenta la forma de onda de las tensiones de red y las corrientes en las tres fases as como los pulsos de disparo de cada tiristor. (ngulo de disparo=60).

Fig. 8 Corrientes y seales de disparo en un regulador de tensin de tiristores trifsico

En el caso de convertidores de este tipo alimentando cargas trifsicas debe tenerse en cuenta que el ngulo mximo de disparo es de 150, ya que un

S- S+ T- T+ R- R+

R S T

RED

MQUINA




ngulo mayor no permitira el solape de dos tiristores, correspondientes a distintas fases, simultneamente en conduccin, y si no se permite la circulacin de corriente por la carga es como si sta no estuviera alimentada. El factor de potencia de la carga (cos) a la que se alimenta es tambin determinante a la hora de establecer el ngulo mnimo efectivo para regular la tensin de salida del convertidor, siendo este ngulo de disparo () el que supone aplicar a la carga la tensin completa de la red. Durante el arranque de un motor de induccin, este convertidor funciona de la misma forma que lo hara un autotransformador regulable (mtodo de arranque empleado frecuentemente en el laboratorio), es decir, se limita la corriente de arranque mediante la regulacin de la amplitud de la tensin que se aplica al motor, trabajando siempre con la frecuencia fija de la red. La diferencia con el autotransformador es que el arrancador suave es mucho menos costoso, pero a cambio, la tensin y corriente que proporcionan al motor no son senoides puras y contienen un elevado contenido de armnicos. Estos armnicos tienen efectos nocivos tanto para el funcionamiento del motor como para la red de donde se alimenta, por lo que obligan a la instalacin de filtros adecuados para mitigar sus efectos. En la Fig. 9 se presenta la evolucin de la corriente que consume el motor durante el arranque con regulacin de tensin a frecuencia fija.

Fig. 9

Debe tenerse en cuenta que en los tiristores de este convertidor electrnico se producen unas prdidas elctricas extra (en conduccin y en conmutacin) durante su funcionamiento (arranque), por lo que normalmente suele disponerse de un contactor conectado en paralelo con este equipo, que cortocircuita sus extremos de entrada y salida en cada fase para dejarlo fuera de servicio una vez que ha terminado el arranque (contactor de bypass). Normalmente un arrancador industrial permite que se programe el tiempo de duracin de la rampa de tensin que se aplica al motor (duracin del arranque) y el valor inicial de la tensin eficaz aplicada al motor (valor del que parte la rampa y pendiente). En la Fig. 10 se han representado estos dos parmetros programables en el arrancador disponible en el laboratorio.

(Iarr)ref

+ =s

U1

U2 U3

UN

U1< U2




Fig. 10

Otra posibilidad para controlar el dispositivo es que exista un sistema de regulacin que se encargue de limitar la corriente consumida por el motor durante el arranque para mantenerla por debajo del valor establecido Iref* (consigna) (ver Fig.11).

M A

ARRANCADOR

Iref*

IsIt

Fig. 11

CONCLUSIN: Un arrancador suave es una alternativa econmica para limitar la corriente en el arranque de motores asncronos. Tambin podra utilizarse este equipo para mejorar el rendimiento con el que trabaja el motor en determinados casos con baja carga. Como inconvenientes que presenta, deben citarse los armnicos de corriente que inyecta el equipo en la red, que obligan a la instalacin de filtros adecuados, el ruido y vibracin, junto a posibles pares pulsantes y prdidas adicionales que aparecen en el motor, a lo que hay que aadir las prdidas extras que tienen lugar en el propio convertidor.

4. REGULACINDEVELOCIDADDEMOTORESASNCRONOSVARIADOR DE FRECUENCIA.

En la Figura 12 se presenta el esquema general de un sistema de regulacin de velocidad mediante variador de frecuencia. Puede observarse que el variador o convertidor electrnico se alimenta de la red y tiene una etapa de rectificacin a continua, a partir de la cual se alimenta al inversor a cuya salida se conecta directamente el motor. Aparte de estos dos componentes de potencia (rectificador e inversor), el convertidor dispone de una etapa de control basada en un microprocesador donde se ejecuta el algoritmo de regulacin de velocidad, que, en funcin del valor de la velocidad de consigna (ref) y de otras

U

tU

t0 0

UN




variables reales del estado de la mquina (velocidad (), tensin (U), corriente (I)), decide cmo deben ser, por ejemplo, la tensin y la frecuencia que alimentan al motor. Finalmente estas seales de control (U*, f*) son los valores de referencia que utiliza el sistema de control del inversor para establecer la alimentacin que se aplica a la mquina.

Fig. 12: Sistema de regulacin de velocidad con variador de frecuencia.

Criterio de flujo constante. Una estrategia de control clsica para regular la velocidad de un motor asncrono consiste en mantener el flujo constante e igual a su valor asignado en la mquina. Si se desprecia la cada de tensin interna en la resistencia y reactancia de dispersin del estator, se tiene que U1E1, y en virtud de la expresin ( E1 = 4,44N1f1m1 ), para mantener el flujo constante e igual al asignado, debe mantenerse constante la relacin entre la tensin y la frecuencia que se aplica al motor: U/f =UN/fN =cte.

De esta forma, para lograr que el motor trabaje a una velocidad concreta, se ir incrementando la tensin y la frecuencia con la que se le alimenta, siempre siguiendo esta relacin, hasta alcanzar la velocidad deseada. Con esta estrategia de regulacin se puede siempre disponer del par asignado en el motor, ya que el par en la mquina est directamente producido por la fuerza que aparece en cada conductor del rotor, que a su vez, segn la ecuacin de Laplace, es igual al producto de la corriente en el conductor (i), por su longitud (l), y por el flujo total en la mquina (representado por el nivel de induccin B).

F = i (l xB) ;




Por tanto, dado que la corriente mxima permanente en la mquina viene determinada por la seccin de sus devanados, el valor del par asignado se alcanzar cuando se tenga la corriente asignada y el flujo asignado. Con esta estrategia de regulacin que mantiene el flujo mximo (el asignado) en la mquina, eventualmente podra llegar a disponerse del mismo valor de par mximo a cualquier velocidad (eventualmente, pues el par mximo se alcanza con un gran deslizamiento y una corriente superior a la asignada). Ahora bien, existen limitaciones que no permiten mantener constante la relacin entre la tensin y la frecuencia, que se aplican al motor, en todo el margen de regulacin de velocidad disponible:

- Hay accionamientos en los que se precisa que el motor funcione a una velocidad por encima de la asignada (normalmente no se supera el margen del doble de la velocidad asignada). Teniendo en cuenta que las mquinas asncronas funcionan con deslizamientos muy bajos, el motor deber alimentarse con una frecuencia superior a la asignada, en cuyo caso, seguir esta estrategia (U/f =UN/fN =cte) implicara superar tambin la tensin asignada. Dado que una frecuencia alta en la alimentacin, unida a un flujo que se mantiene constante en su valor asignado, provocara un indeseable incremento en las prdidas en el hierro de la mquina, y dado que no deben someterse los aislamientos a una tensin permanente superior a la de diseo, se limita la tensin a su valor asignado en este tramo de regulacin de velocidad. Por tanto, para conseguir que un motor funcione a velocidades por encima de la asignada debe ir reducindose la relacin entre la tensin y la frecuencia (se reduce el flujo) a medida que aumenta la velocidad.

Para ( n > nN ), U=UN y U/f < UN/fN. - Por otra parte, en el caso contrario de que se precise una velocidad muy

baja en el motor, la estrategia (U/f =UN/fN =cte) establecera un nivel de tensin en la alimentacin muy bajo (proporcional a la frecuencia), y no podra despreciarse la cada de tensin interna en la resistencia del estator por ser de valor parecido a la tensin de alimentacin (no podr considerarse U1E1). Por tanto, para velocidades de funcionamiento muy bajas, deber aplicarse una tensin mayor a la que correspondera segn la relacin (U/f =UN/fN =cte), para mantener el flujo constante (E/f=cte).

Para ( n UN/fN = cte . Con estas limitaciones, las curvas caractersticas del motor para esta estrategia de regulacin, que mantiene el flujo asignado en la mquina para velocidades inferiores a asignada, quedan segn se muestra en la Figura 13, donde se ha marcado con trazo discontinuo el valor del par mximo que podra obtenerse para cada velocidad de funcionamiento.




Fig. 13: Curvas caractersticas de un motor asncrono con flujo constante y debilitado.

En la Figura 14 se presenta el valor de la tensin aplicada en funcin de la velocidad a la que se pretenda que funcione la mquina, as como el valor mximo del par y la potencia que puede extraerse de la mquina para cada velocidad.

Fig. 14: Tensin, par y potencia mxima extrable, con flujo constante y debilitado.

Se muestra una primera zona de regulacin de velocidad, que llega hasta la velocidad asignada, donde se mantiene el flujo en su valor asignado, esto es, se mantiene constante la relacin U/f (excepto el tramo de muy baja velocidad). Es el llamado tramo de regulacin a flujo constante o a par constante. Para velocidades superiores a la asignada (U/f < Cte, o zona de flujo reducido y tensin constante), existe un primer tramo donde se va debilitando el flujo y, por tanto, el par, a medida que aumenta la velocidad, de manera que se mantiene constante la potencia mxima que se extrae de la mquina (recurdese que P=M). Es el llamado tramo de regulacin a potencia constante. Finalmente, para velocidades altas y en determinados accionamientos (por ejemplo, traccin elctrica ferroviaria), puede reducirse an ms el flujo a medida que aumenta la velocidad en la mquina debido a que la mquina en este tramo suele enfrentarse a un par resistente de pequeo valor. En este tramo la mquina no puede proporcionar una potencia constante.




Descripcin de un equipo Variador de velocidad El equipo ms extendido en la industria para obtener un sistema trifsico de tensiones de amplitud y frecuencia regulables, es el que incorpora un rectificador que convierte a continua la tensin alterna que recibe de la red, para, despus de una etapa de filtrado, alimentar a un puente inversor que, controlado adecuadamente, inyecta corrientes senoidales de amplitud y frecuencia regulables en el motor que se quiere gobernar. El esquema de un convertidor electrnico de este tipo, comnmente llamado variador de frecuencia o variador de velocidad es el que se presenta en la Figura 15.

Fig. 15: Esquema de los componentes bsicos de un Variador de velocidad.

Un equipo comercial de este tipo incluye un rectificador trifsico, normalmente de diodos, una etapa de filtrado en el bus de continua y finalmente un puente inversor, normalmente de IGBTs, tiristores o GTOs. Aparte de estos dispositivos de potencia, existe un sistema de control del puente inversor basado en un microprocesador (P) que recibe la velocidad de consigna a la que se quiere hacer funcionar a la mquina y que establece el control del disparo de los 6 IGBTs para que se consiga ese objetivo. En ocasiones, dependiendo del algoritmo de control programado en el variador de frecuencia, a este sistema de control tambin le llegan seales del estado real de la mquina, como la velocidad y el valor de las tensiones y corrientes de estator. Formas de onda de las tensiones y corrientes que alimentan a un motor desde un variador de frecuencia. Se considera el caso general del convertidor trabajando en modo fuente de tensin, en donde se asume que la tensin en el bus de continua, que alimenta al inversor, es constante. Dado que los 6 IGBTs del inversor slo pueden estar en conduccin (ON) o bloqueados (OFF), y dado que no pueden estar disparados (ON) los dos




IGBTs de una misma rama, pues se producira un cortocircuito en el bus de continua (ver Fig. 15), las tensiones que alimentan a la mquina slo pueden ser de la siguiente forma:

Si estn conduciendo los IGBTs 1, 3 y 5 (1,3,5) (consecuentemente deben estar bloqueados los 4, 6 y 2 ), la conexin elctrica de la mquina es la siguiente:

Tensiones fase-neutro Tensiones fase-fase UR-N = 0 ; UR-S = 0 ; US-N = 0 ; US-T = 0 ; UT-N = 0 ; UT-R = 0 ;

Si estn conduciendo los IGBTs 1, 6 y 5 (1,6,5) (consecuentemente deben estar bloqueados los 4, 3 y 2 ), la conexin elctrica de la mquina es la siguiente:

Tensiones fase-neutro Tensiones fase-fase UR-N = 1/3 Ucc ; UR-S = Ucc ; US-N = -2/3 Ucc ; US-T = -Ucc ; UT-N = 1/3 Ucc ; UT-R = 0 ;

As,existe un total de 8 combinaciones posibles en cuanto al estado ON-OFF de los IGBTs del inversor, de las cuales 2 proporcionan tensiones de alimentacin nulas a la mquina [(1,3,5) y (4,6,2)], y las otras 6 se conocen como posiciones activas [(1,3,2), (1,6,5), (1,6,2), (4,3,2), (4,6,5) y (4,3,5)]. Por tanto, las tpicas formas de onda de la tensin de fase, de la tensin de lnea y de la corriente en un motor asncrono alimentado por un inversor son como las representadas en la Figura 16.




Fig.16: Tensin y corriente en un motor alimentado mediante un inversor.

Sistemas ms frecuentes de control del inversor alimentando una Mquina Asncrona. La forma de controlar un puente inversor ms utilizada a la hora de alimentar un motor empleando una estrategia de control escalar (basada en el modelo de la mquina vlido para rgimen permanente) es mediante el mtodo de modulacin del ancho de pulso o PWM (Pulse Width Modulation). A ttulo de ejemplo veamos un mtodo de control del inversor que se basa en la comparacin de una onda triangular (portadora) con una seal senoidal (moduladora). En funcin de si la seal moduladora es mayor o menor que la portadora, se ordena el disparo del IGBT superior o inferior de esa rama (Ej. el IGBT 1 o el IGBT 4 en la rama del inversor que alimenta a la fase R del motor. Ver Figura 17). De esta manera, segn se dispare el IGBT superior o el inferior de una rama, se pone esa fase del motor conectada al polo positivo del bus de continua o al negativo respectivamente (ver Fig. 15), y se obtiene una tensin en bornes de la mquina cuyo armnico fundamental tiene igual frecuencia y valor eficaz que la seal moduladora que se cre en el sistema de control del inversor. Este mtodo descrito corresponde a lo que se denomina control en tensin del puente inversor. Un mtodo efectivo para reducir el contenido de armnicos de la tensin, que alimenta al motor, es escogiendo adecuadamente la frecuencia de la seal triangular respecto de la senoidal. Advirtase que la frecuencia de la seal triangular determina la frecuencia de conmutacin de los IGBTs.




0 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 6 0 . 0 0 8 0 . 0 1 0 . 0 1 2 0 . 0 1 4 0 . 0 1 6 0 . 0 1 8 0 . 0 2- 1

- 0 . 8

- 0 . 6

- 0 . 4

- 0 . 2

0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

0 . 8

1C o m p a r a c i o n d e t r i a n g u l a r y s e n o i d a l p a r a g e n e r a c i o n P W M

t i e m p o

0 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 6 0 . 0 0 8 0 . 0 1 0 . 0 1 2 0 . 0 1 4 0 . 0 1 6 0 . 0 1 8 0 . 0 2

0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

0 . 8

1

P u l s o s d e c o n t r o l d e d i s p a r o d e l o s IG B T s d e u n a r a m a

t i e m p o ( s )

IG B T 1 ( O N )

IG B T 4 ( O N )

Fig. 17: Generacin de un tren de pulsos PWM (control de una rama del inversor).

Otro mtodo muy empleado, en este caso para regular directamente la corriente que sale del inversor para alimentar a la mquina, es el llamado control por banda de histresis, tambin conocido como Bang-Bang. Es, por tanto, un sistema de control en corriente del puente inversor, que recibe una seal de referencia de corriente igual a la que se quiere obtener en la alimentacin de esa fase de la mquina, y con ella se controla el disparo del IGBT superior o inferior en esa rama, de manera que la corriente real se mantenga alrededor de la seal de referencia y dentro de un margen (banda de histresis) especificado (ver Figura 18). En trminos generales, para que la corriente aumente algebraicamente se pone en conduccin el IGBT superior, conectando esa fase de la mquina al polo positivo del bus de continua (ver Figura 15), y para que la corriente disminuya, se dispara el IGBT inferior conectando esa fase al polo negativo. Cuanto ms estrecha es la banda de histresis ms preciso es el seguimiento de la referencia por parte de la corriente real, pero, a su vez, mayor ser la frecuencia de conmutacin de los IGBTs del inversor.




0 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 6 0 . 0 0 8 0 . 0 1 0 . 0 1 2 0 . 0 1 4 0 . 0 1 6 0 . 0 1 8 0 . 0 2- 6

- 4

- 2

0

2

4

6

T ie m p o

C o n t r o l d e c o r r i e n t e p o r b a n d a d e h i s t r e s i s ( B A N G B A N G )

B a n d a d e h i s t r e s i s IG B T 1 ( O N )

IG B T 4 ( O N )

C o r r i e n t e d e r e fe r e n c i a

C o r r i e n t e r e a l

Fig. 18: Control de corriente por banda de histresis.

5. NORMAS DE SEGURIDAD PARA TRABAJAR EN EL LABORATORIO DEMQUINASELCTRICAS

1. No realizar montajes bajo tensin (La tensin en el laboratorio es 400V/230 V). Todo conductor debe considerarse, en principio, en tensin hasta que no se verifique lo contrario.

2. Se comprobar que las fuentes de alimentacin estn cortadas (y con el regulador a cero) y que no hay tensin en ningn equipo sobre el que se va a trabajar.

3. Una vez realizado y repasado el montaje se avisar al profesor encargado de la prctica para revise la instalacin, y slo despus de ser verificado por el profesor se proceder a dar tensin.

4. Cuando se deba realizar alguna modificacin en el montaje de la prctica lo primero ser apagar todas las fuentes de alimentacin relacionadas con la instalacin (y con el regulador a cero) y se proceder de nuevo como se indica en los puntos 2 y 3.

5. No trabajar con ropa que pueda ocasionar accidentes (abrigos, gabardinas o en general elementos sueltos que puedan engancharse en las partes mviles de las mquinas). La misma recomendacin vale para pelo largo, medallas, colgantes, corbatas, etc...

6. No acercarse a las partes giratorias que no estn debidamente protegidas

7. Utilizar, a ser posible, calzado con suela de goma

8. No trabajar con calzado o manos hmedas




9. No dejar nunca puntas, o bornes de cables, al aire sin aislamiento, y comprobar que las conexiones estn perfectamente afianzadas. No unir distintos cables para obtener uno ms largo. Emplear directamente el cable con longitud adecuada.

10. No desconectar los circuitos inductivos repentinamente, ya que pueden provocar averas (por ejemplo, circuitos de excitacin de mquinas rotativas; podran averiar los circuitos inducidos).

11. Al finalizar cada prctica se deber recoger ordenadamente (despus de comprobar que no hay tensin) el material empleado para garantizar la limpieza y el cuidado de las instalaciones, lo que redundar en la seguridad de las mismas.

12. En caso de accidente se deber interrumpir inmediatamente el suministro de corriente (pulsar la seta roja de emergencia situada en cada banco de ensayo) y seguir las pautas indicadas en los grficos de atencin al accidentado.




MQUINAS ELCTRICAS II. PRCTICA SOBRE MQUINA ASNCRONA

PROTOCOLO DE ENSAYOS (rellenar y entregar como memoria)

N MAT NOMBRE APELLIDOS Grupo CLASE Grupo

Practicas

6. PLACADECARACTERSTICASDELAMQUINAAENSAYAR Tipo de mquina: Conexin: PN: UN: IN:

nN: fN: cosN:

N: Otros datos de inters:

7. FUNCIONAMIENTOCOMOGENERADOR.ENSAYOS GENERADOR ASNCRONO ACOPLADO A LA RED. U= f=

n (r.p.m)

s P (W) Q (VAr) I (A) M (Nm)U (V) MCC

I (A) MCC




Grfica M-n:




GENERADOR ASNCRONO FUNCIONANDO EN RED AISLADA.

n (r.p.m)

U (V) f (Hz) P (W) Q (VAr) C (F) I (A) U (V) MCC

I (A) MCC

Grfica U-I (generador en vaco)

Comentarios:

8. ARRANQUEDEMOTORESASNCRONOS.ENSAYOS Se registrar la forma de onda de la tensin aplicada y la corriente consumida por el motor de laboratorio durante los siguientes tipos de arranque.




Grficas U-t e I-t durante un arranque directo: Grficas U-t e I-t durante un arranque estrella-tringulo: Descripcin de un contactor (con esquema):




Grficas U-t e I-t durante un arranque con arrancador de tiristores: Comentarios sobre los tres arranques:

9. REGULACINDEVELOCIDADDEMOTORESASNCRONOS.ENSAYOS Primero se programarn en el variador de frecuencia los parmetros correspondientes al motor al que va a alimentar. En la Tabla 1 se incluye una versin simplificada de la lista de parmetros programables en el convertidor que se utilizar en el laboratorio. Una vez que est operativo el equipo se programarn distintas posibilidades de funcionamiento, como son, por ejemplo, rampas de aceleracin y de frenado,




tipo de estrategia de control, inversin de giro, limitacin de frecuencia mxima, corriente mxima, etc. Finalmente se obtendrn las curvas caractersticas del motor (Par-Velocidad) correspondientes a distintas frecuencia de alimentacin (por ejemplo, con 20, 40, 50 y 60 Hz). Estas curvas de obtendrn en el laboratorio, de la misma forma que se obtuvo la curva caracterstica del motor asncrono funcionando a frecuencia de red (Prctica 2 de ME-I), es decir, utilizando como carga mecnica para el motor, un generador sncrono que alimenta a una resistencia trifsica regulable.

f (Hz) n

(r.p.m) M

(Nm) I (A) U (V) MS

I (A) MS

P (W) MS

Grafica M/n



Tabla 1

Comentarios.


- Funcionamiento como generadorDescripcin de un equipo Variador de velocidad

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Práctica máquinas asíncronas upm madrid