Cap3 Control de fase Para motores DC

1. Cap3 Control de fase Para motores DC INEL5408 Control de Motores Prof. Andrés J. Díaz

2. Contenido • Introduccion • Principios de control DC • Controlador de fase • Análisis estatico • Operación en dos cuadrantes • Funcion de transferencia • Diseño del control Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

3. Introducción • Cotrol de fase significa utilizar un AC-DC (rectificador) dondes se controlar el punto de encendido de los dispositivos. • Con esto se controla el voltaje aplicado a la armadura y por tanto la corriente. • Estos rectificadores pueden ser monofásicos o trifásicos. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

4. Relación voltaje flujo y velocidad • El voltaje inducido depende de la velocidad y el flujo • El flujo es proporcional a la corriente de campo • La velocidad del motor es proporcional al voltaje y corriente de campo. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

5. Control de campo • La velocidad del motor es inversamente proporcional al flujo magnético. • Además si cambiamos el signo de este flujo cambiamos la dirección de la corriente. • Este tipo de control no se utiliza para velocidades menores que la velocidad nominal debido a que el flujo debido a ala saturación no se puede hacer mayor que el nominal. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

6. Control de armadura • La velocidad del motor es proporcional al voltaje de campo • Este control es capaz de cambiar la velocidad continuamente desde cero a la velocidad nominal. • Despues de este valor no se puede seguir aumentando debido a limitaciones en el aislamiento del embobinado y de la fuente disponible. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

7. Control de armadura y campo • Ambos controles se pueden combinar para hacer variar la velocidad desde cero hasta varias veces la velocidad nominal. • En la primera región se utiliza el control de armadura, donde el torque permanece constante. T w Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

8. Ejemplo:Rangos del control de un motor dc. • Un motor de excitación separada tiene los siguientes valores nominales: 2.625HP,120V,1313 rpm, Ra=0.8ohm Rf=100ohm, Kb=0.764 V. s/rad,La=0.003H, Lf=2.2H. • Los voltajes de armadura y campo se pueden controlar independientemente. Dibuje la característica torque velocidad del motor si la corriente en la armadura y el campo no le he permitido aumentar sobre sus valores nominales. El flujo nominal es obtenido con un voltaje en el campo de 120V. Este voltaje puede ser disminuido hasta 12 Vde una manera segura para el motor. • Ratevalues (Wmr, Ter, Iar, Ifr) Torque constante (e1,Wml,Wmln) Reduccion flujo ( en,фfn,Ifmin,rangeфfn,Ten) Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

9. Ejemplo Rango de control con corriente de armadura 3Pu • En el ejemplo anterior considere que la corriente es permitido cambiar hasta 3 veces su valor nominal. Dibuje su característica torque velocidad. • Torque constante:Ten,em,wml,wmln, • Flujo reducido Imax, em,en,wmn Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

10. Operación en cuatro cuadrante • De acuerdo al signo del torque y la velocidad podemos operar la máquina DC en cuatro modos • FowardMotoring • Motor corre en dirección normal y la potencia fluye de la fuente al motor. • FowardRegeneration • Motor corre en dirección normal y la potencia fluye de el motor a la fuente. El motor se frena • Reverse motoring • Motor corre en dirección opuesta y la potencia fluye de la fuente al motor. • Reverse Regeneration • Motor corre en dirección normal y la potencia fluye del motor al la fuente. El motor se frena. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

11. Cambiando el punto de operación entre los cuadrantes • Si el motor esta operando en el punto P1 y se desea mover al punto Q. • Se mueve hacia abajo siguiendo la direccion M1. • Luego sigue M2,M3 hastallegar a Q2 • Luego se ajusta el torque para igualr Te2 • Este camino se sigue para alcanzar el punto deseado en el menor tiempo posible. • Lo mismo se hace si se quiere llegar al punto P2 Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

12. Convertidor de tiristores SCR Convertidor Se utilizan en los rectificadores en lugar de los diodos. Estos convertidores producen un voltaje de salida proporcional al punto de encendido. Existen de una fase y de dos fases. • Es un diodo de cuatro capas y tres terminales que conduce corriente entre gate y cátodo cuando recibe un pulso por el gate. Una vez encendido no se detiene hasta que la corriente a través de el se hace cero. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

13. Convertidor de fase monofasico • Al igual que un puente rectificador T1 y T2 operan en una alternación mientras que T3 y T4 operan en la otra. • Sin embargo Cuando la carga es inductiva y la corriente nunca se hace cero, una pareja sigue conduciendo mas allá de 180 grados hasta que la otra pareja recibe el comando de empezar a conducir. • La corriente en la carga es directa mientras que del lado ac es una onda cuadrada. • El valor promedio del voltaje aplicado en este caso es positivo como aparece en la figura. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

14. Convertidor de fase monofásico • Cuando el ángulo de disparo es mas allá de 90 entonces el promedio del voltaje es negativo. • En este caso si aplicamos esta señal a un motor que tenia una energía cinética almacenada, esta operacion se va a comvertir en frenado regenerativo(segundo cuadrante ) Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

15. Voltaje de salida del convertidor Para conducción continua el voltaje de salida viene dado por la ecuación: Para conducción discontinua el voltaje de salida viene dado por la ecuación: Para conducción discontinua el voltaje de salida es mas alto que para el de continua: Para conducción discontinua se ha considerado un carga resistiva donde la conducción solo se lograra hasta 180 grados. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

16. Ejemplo: Modo continuo y discontinuo • Encuentre el voltaje promedio de un rectificador para VRMS=120V α=30 Para modo continuo y Para mododiscontinuoγ+α=π (cargaresistiva). Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

17. Efecto de la impedancia de la fuente • Debido a la impedancia de los transformadores o alguna introducida intencionalmente, los tiristores opuestos se encienden (cortocicuitando el DC Bus) haciendo el voltaje aplicado a la carga igual a cero y reduciendo el voltaje efectivo a Igualando este voltaje con la caida en la inductancia Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

18. Convertidor trifásico • Cuando se cuenta con aimentación trifásica el convertidor utiliza 6 tiristores. El tiempo de conducción de cada uno se reduce de 180 a 120 grados máximos. durante ese periodo 60 grados trabaja con un tiristor opuesto diferentes. Por lo el controlador tiene que producir 6 señales diferentes( cada 60 grados) . • Este convertidor produce una salida con mucho menos rizado que el convertidor monofásico. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

19. Formas de onda del convertidor trifásico • Para apreciar cada segmento de conmutación se grafican los voltajes de líneas y sus inversos. Es decir Vab y Vba. Estas dos ondas sinusoidales estandefasadas 180 grados. De esta manera solo hay que escoger cual de los voltajes esta en la parte superior. • Los tiristores que estan encendido en Vab son T1 y T6 sin embargo en Vba son T3 y T6. • Cada transistor permanece encendido 120 grados pero que cada 60 grados se apaga uno y se enciende otro. Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

20. Operando el convertidor trifasico en el segundo cuadrante • Si queremos aplicar un voltaje negativo promedio a la carga para recuperar parte de la energía almacenada en la carga, hay que disparar los transistores con un valor de alpha mayor 90 grados similar al convertidor monofásico Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

21. Curva de transferencia • Para determinar el voltaje de salida integramos el voltaje dese 60 grados +alpha hasta 120grados +alpha Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz

22. linearizando el voltaje de control • El voltaje dc es un función no lineal del angulo de disparo. • Para linearizar el contol de comando debemos usar Control de fase. Inel5408. Prof. A. Diaz