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• Javier Eduardo Jauregui

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1. CONCEPTO DE ACCIONAMIENTO Y DIAGRAMA DE BLOQUES Teniendo en cuenta lo antes expuesto, puede definirse el accionamiento eléctrico como el conjunto de dispositivos diseñados para convertir energía eléctrica en mecánica y controlar eléctricamente este proceso de conversión.

2. seleccione de un accionamiento eléctrico automatizado de cuerdo a criterios de selección técnico-económico.

 

Inversión (tanto económico como humano). Amortización (recuperar o compensar los fondos invertidos).

3. seleccione de un accionamiento eléctrico automatizado de cuerdo a criterios de selección de indicadores de velocidad. Indicadores fundamentales del control de velocidad en los accionamientos eléctricos Debe aclararse que por control de velocidad se entiende el cambio intencional de la velocidad del accionamiento con el objetivo de realizar determinado proceso y no debe confundirse con la variación de velocidad que sufren los motores eléctricos ante variaciones en la carga. Para estudiar el control de velocidad en los accionamientos eléctricos se comenzará explicando los indicadores o parámetros fundamentales que permiten evaluar cada método de control. Estos son: 1) el diapasón del control. 2) la gradación del control. 3) la factibilidad económica. 4) la estabilidad de la operación. 5) la dirección del control y 6) la carga permisible. EL DIAPASÓN DEL CONTROL. El diapasón del control de velocidad que se simboliza con la letra D se determina dividiendo la velocidad máxima de operación necesaria entre la mínima:

(1.48)

A veces, el diapasón se expresa en forma de proporciones tales como 4: 1, 10: 1, 20: 1, etc. LA GRADACIÓN DEL CONTROL. La gradación del control indica la cantidad de velocidades estables de operación del método y se expresa cuantitativamente mediante el factor gradación.

(1.49)

Donde W n es la velocidad en el paso n del control y W n-1 la velocidad en el paso n-1. Este indicador da idea de lo continuo (suave) o discreto que es un método de control de velocidad. LA FACTIBILIDAD ECONÓMICA. La factibilidad económica evalúa los factores de orden económico que caracterizan al método en cuestión. Entre ellos pueden mencionarse el costo de inversión, el costo de explotación, la fiabilidad, etc. La eficiencia el factor de potencia del método de control de velocidad ayuda a esta factibilidad. LA ESTABILIDAD DE LA OPERACIÓN La estabilidad de la operación se refiere a la capacidad que posee el método de control de velocidad de mantener la velocidad en el valor deseado ante agentes perturbadores externos de los cuales el más importante es la variación de la carga

mecánica. Este indicador puede evaluarse mediante la rigidez de la característica mecánica o el denominado estatismo de la característica mecánica definido por la expresión

(1.50) Donde Wo es la velocidad de vacío y Wn la velocidad nominal del rotor en el método de control estudiado. LA DIRECCIÓN DEL CONTROL. La dirección del control se refiere a si la velocidad puede variarse por encima, por debajo o en ambos sentidos de la velocidad base, la cual es la correspondiente a la característica natural en condiciones nominales. LA CARGA PERMISIBLE. La carga permisible se refiere a evaluar para qué tipo de carga es adecuado el método de control de velocidad estudiado. Por ejemplo, algunos métodos son aplicables a cargas de momento constante, otros a carga de potencia constante, etc. Esto no significa que cualquier accionamiento eléctrico no pueda mover cualquier carga mecánica, sino que existen métodos de control de velocidad que no pueden ser utilizados.

4 .métodos de control de velocidad en los motores de CD Shunt 1. Variando la resistencia en serie con la armadura Rex 2. Variando el flujo magnético Ф. 3., Variando la tensión aplicada U.

1. Variando la resistencia en serie con la armadura Rex

2. Variando el flujo magnético Ф

3., Variando la tensión aplicada U.

Paralelo Insertar resistencias en serie.

El debilitamiento del campo.

5 .métodos de control de velocidad en los motores de AC 1) por variación de la tensión. 2) por variación de la frecuencia. 3) por cambio del número de polos. 4) por inserción de resistencia en el rotor. 5) por introducción de una fem adicional en el circuito del rotor.

1) por variación de la tensión.

2) por variación de la frecuencia.

4) por inserción de resistencia en el rotor.

6. CARACTERISTICAS VOLTI/AMPERICAS DE BJT Hasta 1200V a 400A con una caída de voltaje entre 0,5 y 1,5.

7. CARACTERISTICAS VOLTI/AMPERICAS DE MOSFET Hasta 1000V a 50A

8. CARACTERISTICAS VOLTI/AMPERICAS DE IGBT Hasta 1200V a 400A

9. CARACTERÍSTICAS VOLT/AMPERICAS DE LOS TRANSISTORES DE POTENCIA BTJ, MOSFET E IGBT. DIFERENCIAS ENTRE ESTOS DE ACUERDO A LA FUENTE DE MANDO. BJT Hasta 1200V a 400A con una caída de voltaje entre 0,5 y 1,5. MOSFET Hasta 1000V a 50A

IGBT Hasta 1200V a 400A La diferencia entre estos respecto a la fuente de mando es la frecuencia a la cual son capaces de hacerse conmutar y que el BJT es controlado por voltaje y corriente y los otros dos solo por voltaje.

10. CARACTERISTICAS VOLTI/AMPERICAS DE SCR Actualmente en la industria existen SCR con capacidad de soportar hasta 6000A a un voltaje inverso máximo de 12000V

11. CARACTERISTICAS VOLTI/AMPERICAS DE GTO Hasta 6000V a 6000A

12. CARACTERÍSTICAS VOLT/AMPERICAS DE LOS TIRISTORES Y GTO. DIFERENCIAS. Soportan el mismo máximo de corriente pero el SCR soporta más voltaje que el GTO

13. TIPOS DE RECTIFICADORES MAS USADOS EN EL CONTROL DE MOTORES DE CD ESQUEMAS DE CADA UNO DE ELLOS.

FIG. 3.55. Diferentes tipos de rectificadores: a) rectificador monofásico tipo puente semicontrolado; b) rectificador trifásico tipo terminal neutro; c) rectificador tipo puente totalmente controlado

15. CARACTERISTICAS MECANICAS DE LAS CARGAS EC. UNIVERSAL Y EJEMPLOS. La (1) es una carga de momento constante, ejemplos de este tipo de carga son las grúas, elevadores y transportadores: la (2) es una carga de momento proporcional a la velocidad, tal como la de un generador de CD la (3) es una carga cuyo momento es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad este tipo de mecanismo se denomina carga tipo ventilador y, además de este, caen en este grupo las bombas y compresores centrífugos y finalmente, la (4)

es una carga de potencia constante, dentro de este tipo caen las mandrinadoras, los tornos, los laminadores y otros. Características mecánicas de cargas típicas.

Mm + Mc =Mdin

En esta expresión Mm es el momento del motor, Mc el de la carga y Mdin es el denominado momento dinámico el cual puede definirse como el resultante de la interacción entre los anteriores. 16.

COMPORTAMIENTO

DE

TRABAJO

CUADRANTES.

17. FRENADO DINAMICO DE MOTOR CD

DEL

MOTOR

EN

LOS

4

En el frenaje dinámico la máquina trabaja como generador recibiendo energía por su eje y entregándola a una resistencia.

En la figura 1.54 se muestra el esquema conexión de un motor shunt de CD. Para el arranque se Cierra KM con Kl abierto a fin de incluir la resistencia de arranque Rarr y KB también abierto. En operación normal Kl se cierra la armadura queda conectada directamente a la línea. Para desconectar el motor se abre KM y se cierra KB con la cual la máquina trabaja como generador, circulando la corriente en el sentido que se muestra en la figura a través de la resistencia de frenaje Rfr. La máquina se encuentra en este caso en frenaje dinámico. Como se sabe, la ecuación general de tensión del generador de CD es:

En régimen de frenaje la tensión es igual a cero y la fem es Ea= kФω y el momento M= kФIa, por tanto, la expresión de velocidad en función del momento es:

En la figura 1.55 se muestra la característica mecánica que corresponde a esta ecuación conjuntamente con la característica natural del motor. Si este se encontraba trabajando en estado estable en el punto A al pasar al régimen de frenaje dinámico se pasa instantáneamente al punto B en la característica de frenaje dinámico. Al ir disminuyendo la velocidad, el punto de operación se traslada a través de esta característica hasta alcanzar el punto O el cual corresponde al motor parado. En la figura 1.56 se muestra la variación en el tiempo de la velocidad y la corriente en el proceso de frenaje dinámico con carga pasiva, en este, caso tf es el tiempo de frenaje.

18. FRENADO DINAMICO MOTOR CA Esto se logra si, con el motor trabajando en estado estable y KD cerrado, se cierra KF y se abre KD. Esto desconecta el motor de la línea e introduce en el devanado del estator corriente directa. Esta corriente crea un flujo magnético estacionario en el entrehierro de la máquina que al ser cortado por los devanados del rotor da lugar a circulación de corrientes en ellos y a la aparición de un momento de frenaje ya que la máquina trabaja en estas condiciones como si fuera un generador sincrónico. La magnitud del momento de frenaje depende de la corriente directa la cual se regula con la resistencia Rfr y de la resistencia total del circuito del rotor.

En la figura 1.62 se muestran las características mecánicas del frenaje dinámico para diferentes valores de resistencia del rotor (1', 2', 3' y 4') y la característica natural 1. También en esta figura se muestra como se pasa del primer cuadrante (punto A) al segundo al aplicar la corriente directa al estator. Como puede apreciarse, variando la resistencia del rotor puede obtenerse una cierta regulación del proceso de frenaje.

19. FRENADO CONTRACORRIENTE MOTOR CD . En operación normal los contactos KI y KCC se encuentran cerrados y KD abiertos. Al aplicarse el frenaje los KD se cierran y los KI se abren invirtiendo la conexión de la armadura, simultáneamente se abre KCC con lo cual se incluye la resistencia Rcc de contracorriente en el circuito.

En la figura 1.58 se.muestra como se refleja en las características de la máquina en los cuatro cuadrantes el frenaje por contracorriente. Suponga que el motor trabaja inicialmente en el punto A ubicado en el primer cuadrante y que se invierte súbitamente la conexión de la armadura. En este caso se pasa instantáneamente al punto B situado en otra característica. Aquí, tanto el momento del motor como el de la carga se oponen a la rotación y la velocidad disminuye rápidamente. En el punto C la velocidad se hace cero y si no se dispone de un dispositivo automático para desconectar el motor de la línea la velocidad se invierte y, si la carga es activa (por ejemplo, un elevador), se estabiliza en el cuarto cuadrante (punto D) trabajando como generador. Si la carga es pasiva se estabilizará en algún punto del tercer cuadrante. Como puede apreciarse esta conexión sirve también para invertir la rotación en el motor.

20. FRENADO POR CONTRACORRIENTE DE CA.

En la figura 1.59 se muestra el esquema de conexiones del motor asincrónico de rotor bobinado que permite la inversión o el frenaje por contracorriente y en la figura 1.60 se muestran las características mecánicas correspondientes a este esquema.

Este punto, tanto el momento del motor como el de la carga se oponen a la rotación y la velocidad disminuye de forma muy rápida hasta que al llegar al punto C, la velocidad se hace cero, y si se desea parar el motor debe disponerse de algún medio que lo desconecte automáticamente al pasar por

este punto, de lo contrario la velocidad se invierte y la máquina pasaría a trabajar al tercero o al cuarto cuadrante, dependiendo del tipo de carga. 21. FRENADO REGENERATIVO MOTOR CD En el frenaje regenerativo la máquina trabaja también como generador pero en este caso la energía retorna a la línea y la recupera. El método más sencillo de control de velocidad del motor en serie, consiste en insertar resistencias en serie. En este caso se produce una disminución de la velocidad ya que las características mecánicas se desplazan hacia abajo, tal y como se muestra en la figura 1.18. Con este método el diapasón de control de velocidad es por lo general, de 2:1 o 3:1. A pesar de las grandes pérdidas que ocurren con este método es utilizado en grúas y en la tracción eléctrica cuando el régimen de trabajo es intermitente periódico o temporal. El debilitamiento del campo en el motor en serie se lleva a cabo conectando una resistencia en paralelo con el campo para, de este modo, obligar a la corriente de campo a ser menor que la de armadura con lo que la velocidad aumenta, o sea, que la dirección del control es por encima de la velocidad base.

22. FRENADO REGENERATIVO DE CA. REPRESENTACIÓN DE ESTE EN LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS. El frenaje regenerativo, igual que en el de la máquina de CD, se produce cuando la máquina trabaja como generador y se recupera energía de la carga mecánica. Es condición de este tipo de frenaje que la velocidad sea superior a la sincrónica y, en este caso, la máquina opera en el segundo cuadrante o en el cuarto.

25. RECTIFICADOR TRIFÁSICO OC TOTALMENTE CONTROLADO PARA UN MOTOR DE CD

Se obtiene la relación entre la Fem rectificada de CD y la Fem de línea de CA, la cual es igual a

U dm  1.35U 2 f U2 f 

3 * U 2l

(4.21)

FIG. 4.2 rectificador trifásico onda completa totalmente controlado

la tensión nominal del secundario del transformador debe ser alrededor de un 10% mayor que U2L, o sea,

U 2L 

1.1U dm  0.815U dm 1.35

En este caso U2L=0.815*205 =167.075V

28. CALCULE LA CARACTERÍSTICA MECÁNICA PARA ESTE MOTOR. Pn=12.2KW In=54A Nn=3500rpm Ra=0.153

Vn=230V

32. QUE ENTIENDE USTED POR IP E ISO EN LOS MOTORES ELÉCTRICOS. PONGA EJEMPLOS DE TIPOS DE IP E ISO. Índice de protección IP, organización de estandarización internacional IP=68 máxima protección contra partículas y líquidos ISO=F aislamiento de amianto, fibra de vidrio y cerámica

33. SIGNIFICADO DE IP=54 E ISO=F. Protección contra polvo y rociado de líquidos y con un aislamiento de amianto, fibra de vidrio y cerámica máximo 155° y mínimo 115°