Drive de Corriente Directa
Las técnicas de control de motores DC son herramientas que se utilizan para controlar la velocidad, el par y el suministro de potencia de los motores de corriente continua. El control de motores puede llevarse a cabo mediante SCR.
La mayoría de motores utilizados en la industria se conectan directamente a las líneas de distribución eléctrica, y se alimentan con corriente alterna o corriente directa. Las terminales de los devanados del motor se conectan directamente a las líneas de suministro eléctrico, y sus características de operación se mantienen inalterables, al tener una tensión de entrada constante. El motor trabaja en condiciones nominales cuando se alimenta con la tensión indicada en la placa de operación, entregando potencia constante a la carga conectada en el eje.
La naturaleza de la carga que se acopla al eje del motor define el comportamiento de esta máquina. Para el caso de una carga liviana, el motor desarrollara una velocidad relativamente alta y un par de giro bajo. Por el contrario, si se dispone de una carga pesada o difícil de mover, el motor se moverá a una velocidad menor y entregara más par, pues una mayor carga lo exige. Sin embargo, si la carga se mantiene constante, la operación del motor también se mantendrá constante, sin posibilidades de controlar la velocidad debido a que la tensión de suministro no se ve modificada.
Existen casos en la industria que requieren el manejo de las características de operación de los motores. Este control se suele hacer mediante SCR. La combinación del motor, el sistema de control y demás componentes electrónicos asociados son conocidos como el sistema de control de velocidad, sistema de accionamiento o sistema de excitación de motor.
Fuerza Electromotriz factores que facilitan su manejo
- La intensidad del campo magnético. Mientras más intenso sea el campo, la fuerza contra-electromotriz tiende a ser mayor.
- La velocidad de rotación. Mientras mayor sea la velocidad, la fuerza electromotriz tiende a ser mayor. también puede variar hay diferentes formatos para desarrollarlo.
Forma de Variar la Velocidad de un motor DC en Derivación
- Ajustar el voltaje (y la corriente) aplicado al devanado del campo. Al aumentar el voltaje de campo, el motor desacelera.
- Ajustar el voltaje (y la corriente) aplicado a la armadura. Al aumentar el voltaje en la armadura el motor acelera.
El control de armadura muchas veces se prefiere al de campo pues puede manejarse con más libertad la producción de par con este método.
Diagrama a bloques de un drive de CD con retroalimentación de voltaje de armadura
Diagrama de bloques de un drive de CD con retroalimentación de velocidad
Funcionamiento del SCR
La
salida de un solo SCR no es lo suficiente lineal para controlar el voltaje de
motores industriales. Por lo tanto generalmente se usan seis SCRs
conectados para formar un rectificador de puente trifásico.
Cien Porciento de velocidad, cero porciento carga. En este ejemplo un motor en vacío conectado a un drive es operado al 100% de su velocidad. La corriente de armadura es despreciable en un motor sin carga y para este ejemplo se considerará cero.
El
drive proveerá solamente el voltaje necesario para operar el motor a velocidad
plena, en este ejemplo el voltaje es 450 Vcd.
Este valor es controlado mediante el ángulo de disparo de los SCRs.
100% velocidad, 100% Carga. Un
motor a plena carga requiere 100% de su corriente de armadura para alcanzar el
100% de velocidad, la corriente circulando a través del circuito de armadura,
causa una caída de voltaje a través de la resistencia de armadura. Para
lograr el 100% de velocidad a plena carga es necesario aplicar el voltaje
máximo y esto se logra disparando los SCRs más
temprano durante el ciclo de la onda senoidal.
Frenado dinámico El
frenado dinámico es usado a menudo en drives de CD de un solo cuadrante, para
detener el motor rápidamente, este tipo de frenado no es recomendado para operación
continua o repetitiva.
Operación en 4 cuadrantes. En
ciertas aplicaciones se requiere que el motor opere en los cuatro cuadrantes,
cuando el voltaje del motor es súbitamente reducido, se genera torque negativo
en el motor debido a la inercia de la carga, el motor actúa como un generador
convirtiendo la energía mecánica de la flecha en energía eléctrica. Este exceso
de energía es regresado al drive. Esta
forma de operar es muy similar a cuando usamos el motor del auto como freno al
bajar una pendiente muy pronunciada.
Cuando es necesario operar el drive en los cuatro cuadrantes, se utiliza un segundo puente rectificador que tiene la capacidad de regresar el exceso de energía generado por el motor en el proceso de frenado a la línea de alimentación.
En
este siguiente ejemplo el motor está operando a velocidad
plena, está recibiendo 500 Vcd del
drive.
Para
detener rápidamente el motor, el puente motriz es apagado y el puente
regenerativo es encendido, el motor regresa potencia a la línea de CA. La caída
de voltaje en la resistencia de armadura
es de polaridad opuesta a la que tiene cuando está motorizando. La
lógica de control está disparando los SCRs para
producir 400 Vcd de
polaridad opuesta también. Este voltaje aplicado al motor ayuda a frenar la
carga.
Comparación entre los tipos de frenado. El
frenado regenerativo y el dinámico proveen cantidades iguales de potencia de
frenado en la región comprendida entre la zona de máxima velocidad y velocidad
base. Pero
de la velocidad base hasta velocidad cero el frenado regenerativo es capaz de
desacelerar el motor más rápidamente, además de que puede proporcionar torque a
velocidad cero llevando el motor a un paro completo. Otra
ventaja del frenado regenerativo es que no tiene un ciclo de uso limitado y no
necesita periodos de enfriamiento.
Operación en reversa. Un drive regenerativo puede invertir la dirección de rotación fácilmente, aplicando un voltaje de armadura con la polaridad opuesta, esto se lleva a cabo usando el puente regenerativo para motorizar y viceversa.
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