Cap3 Control de fase Para
motores DC
INEL5408 Control de Motores
Prof. Andrés J. Díaz
Contenido
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Introduccion
Principios de control DC
Controlador de fase
Análisis estatico
Operación en dos cuadrantes
Funcion de transferencia
Diseño del control
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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.
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Relación voltaje flujo y velocidad
• El voltaje inducido depende de la
velocidad y el flujo
e  K f m
• El flujo es proporcional a la
corriente de campo
• La velocidad del motor es
proporcional al voltaje y corriente
de campo.
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 f  if
f 
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e
f

v  I a R a 
if
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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.
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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.
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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.
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T
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w
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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.
Rate values (Wmr, Ter, Iar, Ifr) Torque constante (e1,Wml,Wmln) Reduccion flujo (
en,фfn,Ifmin,range фfn,Ten)
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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
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Operación en cuatro cuadrante
• De acuerdo al signo del torque y
la velocidad podemos operar la
máquina DC en cuatro modos
– Foward Motoring
• Motor corre en dirección normal y
la potencia fluye de la fuente al
motor.
– Foward Regeneration
• 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.
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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
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Convertidor de tiristores
SCR
• 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.
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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.
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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.
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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 )
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Voltaje de salida del convertidor
Para conducción continua el voltaje de Para conducción discontinua el voltaje de
salida es mas alto que para el de continua:
salida viene dado por la ecuación:
V dc 
1
 


V m sin( w s t ) d ( w s t ) 

2V m

cos 
Para conducción discontinua el voltaje
de salida viene dado por la ecuación:
V dc 
Vm

cos 
 cos(   y ) 
Para conducción discontinua se ha considerado un carga
resistiva donde la conducción solo se lograra hasta 180
grados.
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Ejemplo: Modo continuo y discontinuo
• Encuentre el voltaje promedio de un rectificador para
VRMS=120V α=30 Para modo continuo y Para modo
discontinuo γ+α=π (carga resistiva).
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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
Vx 
1

 

V m sin( w s t ) d ( w s t ) 
Vm

cos 
 cos(    ) 
Igualando este voltaje con la caida en
la inductancia w L I
s
  cos
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1
ls
dc

 s L ls I dc 
 cos  
 
Vm


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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.
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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 estan
defasadas 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.
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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
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Curva de transferencia
• Para determinar el
voltaje de salida
integramos el voltaje
dese 60 grados +alpha
hasta 120grados +alpha
2
V dc 
1
 /3
3

3
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2

 V ab d  w s t  

3

3


 V m sin  w s t d  w s t  

3

V m cos 
3
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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
  cos
V dc 
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3

1
 Vc

V
 cm

  cos


1
V cn 
Vm cos   K r V c
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