cap1 introduccion a control de motores

Cap1. Introduccin a Control de MotoresINEL 5408 Control de MotoresProf. Andrs J. Daz Castillo

*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *ContenidoImportancia del Motor de ControlDispositivos de PotenciaOperacin de los dispositivos de potencia Motor DriveMquinas elctricasConvertidores de PotenciaControladoresCarga

Introduccin- Control de Motores-Prof. A. Diaz

*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Control de MotoresPor medio del control de motores hacemos que este desarrolle en todo momento el torque y la velocidad necesaria para realizar una tarea especfica aun cuando las condiciones de carga y alimentacin varen.Motor DC se cambia el voltaje aplicado.Motor AC se cambia la frecuencia.


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Ventaja y Aplicaciones65% de la energa elctrica 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 aos.Aplicaciones.Propulsin elctricaBombas y compresoresActuadores de rboticaCoveyorsElevadores Maquinas herramientasAutomatizacin de procesos.Antenas.Fbricas de telas


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Dispositivos de potenciaDiodosPower TransistorSCRGTO ThyristorMOSFETIGBT

CaractersticasFuncionamientoRango de operacin de potencia.Rango de operacin de frecuencia.Ventajas. Desventajas.


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Energa manejada y energa 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 mtodos de enfriamiento.Potencia manejada es la potencia que deja pasar a la carga. Su valor mximo se obtienen multiplicando el voltaje en circuito abierto multiplicado por la corriente en cortocircuito.Es la potencia que realiza trabajo til en la carga.


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Modo de Interrupcin 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 saturacin o en corte.En condiciones ideales la potencia disipada en ambos estados es cero.Solo durante la transicin se produce disipacin.


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Frecuencia, densidad de potencia y eficiencia.Mayor frecuencia mayor densidad de potenciaMenor frecuencia menos prdida.Existe una frecuencia optima donde la eficiencia se mantiene lo suficientemente alta y se puede conseguir buena densidad de potencia.Densidad de potencia significa:Reduccin de volumen del convertidor.Reduccin de pesoReduccin de costoEficiencia Menor consumo de energa durante su operacin.Mayor duracin de bateras en aplicaciones porttiles


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *DiodosPermiten el paso de la corriente en una sola direccin.La cada de voltaje en directo es 0.7V.Importantes caractersticas Mxima reverse voltaje Mxima corriente en directo. Tiempo de recuperacin en inverso Se consiguen rangos de voltajes y corrientes en el orden de los KA y KV a frecuencias de lnea. 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 cadas en directo de 0.3V manteniendo la eficiencia en niveles aceptables.


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Transistores de potenciaDispositivo de corriente controlado por corriente.Operacin optima en quasi-saturacin.Bajo voltaje de saturacin.Baja impedancia de entrada. Operacin mximaV=1400VI=1000AVce sat 2VF=2 to 6KhzGain 4-10Se incrementa a 100 en configuracin darlignton.No se utilizan mucho hoy en convertidores modernos.


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Rectificadores controlados de silicioDispositivos 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 operacin es de 300 a 400 Hz.


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *MOSFET TransistorDispositivo de corriente controlado por voltaje.Alta impedancia de entrada.Alta resistencia de conduccin.Perdidas en el estado on.Se puede utilizar para sensar la corriente que pasa a travez de el.Rango de operacinV=100 a 100AV=1000 a 10AF=30KHz a 1MHz


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *IGBTCombinacin de MOSFET and BIPOLAR.Se controla con un voltaje en la compuerta (alta impedancia)El voltaje de colector a emisor en directo es tan pequeo como un bipolar. Rango1.2KA at 3.2KV0.6KA at 6.6 kVOn state drop 5VFreq: < 20KHz


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Calculando las prdidas. Energa prdidas de conduccin

Energa prdidas encendido y apagado

Total prdida de potencia


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Sistema controlador Consiste de 4 elementosMquina ElctricaConvertidorControladorCargaMotorPower ConverterControlerLoadPressure/torque/TemperatrueTorque/Speed/PositionStatusTorque/Speed/Position


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Maquina elctricaTipos mas utilizado en controles.DC Shunt,series,compound,separetely-excited dc motorACInducction,wound-rotor syncchronous,permanent magnet syncronous reluctance.Criterio para seleccionar un motorCostoCapacidad trmicaEficienciaCaracterstica torque velocidad.AcceleraconDensidad de potenciaRobustez


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Eficiencia del motorEs la razn entre la potencia mecnica de salida y la potencia elctrica de entrada.La placa del motor generalmente ofrece informacin de Potencia, velocidad, corriente y voltaje. El torque se puede encontrar utilizando la siguiente ecuacin


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Ejemplo de clculo de eficienciaUn 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 friccin del aire. D) eficieciencia del motor


*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *Power Converter Rectificadores controladosACtoDC DCmotor

InversoresDCtoAC AC motor

CycloconverterAC Big Motor.RectificadoresInversoresCycloconverter


ControladorEl 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.*Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *ControladorTorque/Speed/PositioncommandsTorque/Speed/PositionfeedbackThermal and other feedbackVc,Fc,Start,Shut-out


Carga 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. *Introduccin- Control de Motores-Prof. A. DiazSlide *MotorJmCarga JlN1N2B1B2T1,w1T2,w2


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