Cap1. Introducción a Control de Motores

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1 Cap1. Introducción a Control de Motores
INEL 5408 Control de Motores Prof. Andrés J. Díaz Castillo

2 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
Contenido Importancia del Motor de Control Dispositivos de Potencia Operación de los dispositivos de potencia Motor Drive Máquinas eléctricas Convertidores de Potencia Controladores Carga 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

3 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
Por medio del control de motores hacemos que este desarrolle en todo momento el torque y la velocidad necesaria para realizar una tarea específica aun cuando las condiciones de carga y alimentación varíen. Motor DC se cambia el voltaje aplicado. Motor AC se cambia la frecuencia. 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

4 Ventaja y Aplicaciones
65% de la energía eléctrica es consumida por motores. El control produce un incremento en la eficiencia de un 15 a 27%. Requiere un costo inicial que tiene una tasa de retorno que en el caso de las bombas de altos calibre es de 3 a 5 años. Aplicaciones. Propulsión eléctrica Bombas y compresores Actuadores de róbotica Coveyors Elevadores Maquinas herramientas Automatización de procesos. Antenas. Fábricas de telas 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

5 Dispositivos de potencia
Características Funcionamiento Rango de operación de potencia. Rango de operación de frecuencia. Ventajas. Desventajas. Diodos Power Transistor SCR GTO Thyristor MOSFET IGBT 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

6 Energía manejada y energía disipada.
Potencia disipada es el voltaje x la corriente que tiene un dispositivo en un determinado momento. Generalmente se convierte en calor (perdidas). Requiere utilizar métodos de enfriamiento. Potencia manejada es la potencia que deja pasar a la carga. Su valor máximo se obtienen multiplicando el voltaje en circuito abierto multiplicado por la corriente en cortocircuito. Es la potencia que realiza trabajo útil en la carga. 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

7 Modo de Interrupción de los dispositivos.
Operando un transistor u otro dispositivo como interruptor se minimiza la potencia disipada y se maximiza la potencia manejada. En este modo el dispositivo trabaja siempre en saturación o en corte. En condiciones ideales la potencia disipada en ambos estados es cero. Solo durante la transición se produce disipación. 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

8 Frecuencia, densidad de potencia y eficiencia.
Mayor frecuencia mayor densidad de potencia Menor frecuencia menos pérdida. Existe una frecuencia optima donde la eficiencia se mantiene lo suficientemente alta y se puede conseguir buena densidad de potencia. Densidad de potencia significa: Reducción de volumen del convertidor. Reducción de peso Reducción de costo Eficiencia Menor consumo de energía durante su operación. Mayor duración de baterías en aplicaciones portátiles 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

9 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
Diodos Permiten el paso de la corriente en una sola dirección. La caída de voltaje en directo es 0.7V. Importantes características Máxima reverse voltaje Máxima corriente en directo. Tiempo de recuperación en inverso Se consiguen rangos de voltajes y corrientes en el orden de los KA y KV a frecuencias de línea. Para frecuencias altas se utilizan Fast-recovering reverse-diodo, que se pueden conseguir en el rango de los 100A y 100V. En aplicaciones de bajo voltaje los diodos de germanio producen caídas en directo de 0.3V manteniendo la eficiencia en niveles aceptables. 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

10 Transistores de potencia
Dispositivo de corriente controlado por corriente. Operación optima en quasi-saturación. Bajo voltaje de saturación. Baja impedancia de entrada. Operación máxima V=1400V I=1000A Vce sat 2V F=2 to 6Khz Gain 4-10 Se incrementa a 100 en configuración darlignton. No se utilizan mucho hoy en convertidores modernos. 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

11 Rectificadores controlados de silicio
Dispositivos de 4 capas. Similar al diodo solo que en foward necesita un pulso para comenzar a conducir. Se apagan cuando la corriente se invierte o pasa por cero. Debido a su dificultad de apagado solo se utiliza en rectificadores y controladores de motores de alta potencia (>30MW). La frecuencia de operación es de 300 a 400 Hz. 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

12 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
MOSFET Transistor Dispositivo de corriente controlado por voltaje. Alta impedancia de entrada. Alta resistencia de conducción. Perdidas en el estado on. Se puede utilizar para sensar la corriente que pasa a travez de el. Rango de operación V=100 a 100A V=1000 a 10A F=30KHz a 1MHz 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

13 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
IGBT Rango 1.2KA at 3.2KV 0.6KA at 6.6 kV On state drop 5V Freq: < 20KHz Combinación de MOSFET and BIPOLAR. Se controla con un voltaje en la compuerta (alta impedancia) El voltaje de colector a emisor en directo es tan pequeño como un bipolar. 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

14 Calculando las pérdidas.
Energía pérdidas de conducción Energía pérdidas encendido y apagado Total pérdida de potencia 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

15 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
Sistema controlador Consiste de 4 elementos Máquina Eléctrica Convertidor Controlador Carga Status Motor Controler Power Converter Torque/Speed /Position Torque/Speed/Position Load Pressure/torque/Temperatrue 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

16 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
Maquina eléctrica Tipos mas utilizado en controles. DC Shunt,series,compound,separetely-excited dc motor AC Inducction,wound-rotor syncchronous,permanent magnet syncronous reluctance. Criterio para seleccionar un motor Costo Capacidad térmica Eficiencia Característica torque velocidad. Acceleracíon Densidad de potencia Robustez 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

17 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
Eficiencia del motor Es la razón entre la potencia mecánica de salida y la potencia eléctrica de entrada. La placa del motor generalmente ofrece información de Potencia, velocidad, corriente y voltaje. El torque se puede encontrar utilizando la siguiente ecuación 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

18 Ejemplo de cálculo de eficiencia
Un motor de 5 HP y 1000RPM tiene voltaje de entrada 100V y 50 Ampere si la resistencia de la armadura es 0.20ohm calule. A) torque en el eje. B)potencia de airgap. C)torque de airgap C)torque de perdida en caja de bolas y fricción del aire. D) eficieciencia del motor 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

19 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
Power Converter Rectificadores controlados ACtoDC DCmotor Inversores DCtoAC AC motor Cycloconverter AC Big Motor. Rectificadores Inversores Cycloconverter 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

20 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
Controlador Torque/Speed/Position commands Controlador Vc,Fc,Start,Shut-out Torque/Speed/Position feedback Thermal and other feedback El controlador esta compuesto de circuitos de baja potencia que pueden ser analogos o digitales. En este se implementa el tipo de control (Torque o velocidad) y las constantes (P I D) para cada variable. Tambien se implementa acciones de control de seguridad para protejer la maquina y la carga. 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz

21 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz
Carga T1,w1 B1 Motor Jm La carga tiene una curva caracteristica T vs Velocidad que forma parte del analisis completo del control de motor. Cuando la carga se acopla a travez de engranaje el torque T1 y la velocidad w1original se transforman a otros valores T2 w2 proporcional al numero de dientes N1 y N2 de estos. N1 B2 Carga Jl N2 T2,w2 11/04/2017 Introducción- Control de Motores-Prof. A. Diaz