Métodos de Variación de Velocidad de Motor DC

Eder Castillo Guardamino Daniel Díaz Villegas Sammy Guevara Amoretti

Contenido 1

Introducción y Marco teórico

2

Controlador de velocidad

3

Tipos de variadores de velocidad

4

Conclusiones

5

Recomendaciones

Introducción los elementos que permiten generar el movimiento a partir de la red eléctrica son los motores eléctricos, que pueden clasificarse en cuatro grandes familias atendiendo a su principio de funcionamiento. Estas familias son:    

Motores síncronos Motores asíncronos o de inducción Motores de corriente continua (o DC) Motores de colector

MOTORES DC 

Los motores DC son importantes en el control industrial porque son más adaptables que los motores AC de campo rotatorio a sistemas de velocidad ajustable.

MOVIMIENTO DE ROTACIÓN EN EL MOTOR DC



La energía eléctrica continua de entrada es aplicada al conmutador por medio de las escobillas nombradas como + (positivo) y - (negativo). El flujo de corriente pasa a la espira (denominada “armadura”), la cual experimenta fuerzas en los segmentos AB y CD, causando el giro en la dirección indicada.

El ahorro de energía mediante el uso de variadores de velocidad 

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Un equipo accionado mediante un variador de velocidad emplea generalmente menor energía que si dicho equipo fuera activado a una velocidad fija constante. Los ventiladores y bombas representan las aplicaciones más llamativas.

CONVERTIDORES ELECTRONICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES DC 

La función de un convertidor electrónico es adaptar la naturaleza de la fuente de energía eléctrica disponible (red de distribución, baterías, etc.) a las necesidades del motor, de acuerdo con las prestaciones que se desean obtener. Las estructuras básicas que se utilizan son dos:

1) Rectificador a tiristores, 2) Choppers o troceadores,

VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DC 

Básicamente, hay dos maneras de variar la velocidad de rotación de un motor shunt DC: a.- Ajustando el voltaje (y corriente) aplicado al devanado de campo. b.- Ajustando el voltaje (y corriente) aplicado a armadura

Controladores de Velocidad       

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Control por tiristor de voltaje y corriente de armadura Control mediante h-bridge con regulador de velocidad Control mediante relés Control mediante microrelés Control mediante un transistor de mediana potencia Control de velocidad basado en un PIC16F877 Control de velocidad mediante PWM de motor DC con 555 Control de velocidad en tiempo real mediante MatLab Controlador por tacometro generador DC Control de velocidad de un motor d.C. Con PLL

Control por tiristor de voltaje y corriente de armadura • Los SCR son ideales para trabajar con motores CC tipo

shunt. • El SCR proporciona control y rectificación de media onda al devanado de armadura.

Control mediante h-bridge con regulador de velocidad

Control mediante microrelés

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En este circuito se pueden distinguir dos partes: la parte de mando, representada mediante línea fina y la parte de fuerza, dibujada con trazo grueso. La parte de mando está compuesta por un circuito de control que gobierna un relé. Este circuito de control puede ser manual (pulsador interruptor, etc...) o automático (circuito electrónico con sensores, temporizadores etc...)

CONTROL MEDIANTE UN TRANSISTOR DE MEDIANA POTENCIA

En este caso la conexión del motor la realiza un transistor adecuado a la potencia del motor. Este montaje también permite la regulación de la  velocidad mediante un ajustable que regula la corriente de base del transistor.

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CONTROL DE VELOCIDAD BASADO EN UN PIC16F877 

En una pantalla LCD se visualizará la velocidad real del motor y la velocidad deseada por el usuario que es introducida a través de un teclado. La estrategia de control es proporcional y la velocidad del motor se varía por medio de la modulación por ancho de pulso PWM.

CONTROL DE VELOCIDAD MEDIANTE PWM DE MOTOR DC CON 555 

Un dispositivo PWM genera una señal cuadrada con un ancho de pulso  variable. El ancho de los pulsos del diseño varía de 5% al 95%. Con una resistencia variable, la intensidad de la luz es controlada de acuerdo al ancho del pulso. En un control de motores, la potencia del motor depende del ancho desde 5% (baja potencia/velocidad) a 95% (alta potencia/velocidad).

CONTROL DE VELOCIDAD EN TIEMPO REAL MEDIANTE MATLAB

El objetivo principal que se plantea es la realización de un entorno gráfico que permita el control ajustable de la  velocidad de una máquina de corriente continua en tiempo real. Para ello se deberá conocer los siguientes entornos para desarrollar la aplicación:  La

herramienta para el desarrollo de la interfaz (GUIDE).  Las herramientas de programa, y en especial las de Tiempo Real.  Los elementos físicos de la aplicación, como el driver de corriente continua elaborado en el laboratorio, y los módulos de la casa LEYBOLD-DIDACTIC.

El conjunto del hardware que forma la aplicación en Tiempo Real se puede desglosar en seis bloques de elementos que interactúan entre sí. PC Entradas/Salidas, o placa de adquisición Driver del motor de corriente continua Motor de corriente continua  Alimentación externa Realimentación

Control de velocidad en tiempo real mediante MatLab 

Interfaz gráfica realizada con el GUIDE de MatLab

B

CONTROLADOR POR TACOMETRO GENERADOR DC El tacómetro generador dc es un puro y simple generador dc. La ecuación que da el voltaje generado en un generador dc es:

Vo



kB  rpm

Donde k 

V o

B

es alguna constante de proporcionalidad que depende de los detalles de construcción (longitud de motor, diámetro de rotor, etc.),

, representa el voltajegenerado, es la fuerza del campo magnéico y rpm es la velocidad angular medida en revoluciones por minuto.

CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR D.C. CON PLL

Entrada Fi

Salida Fo

La frecuencia de oscilación del VCO, Fo, se compara con la frecuencia de la señal de entrada Fi, en el detector de fase. La salida del detector de fase es la señal de error que produce un voltaje DC proporcional a la diferencia en frecuencia (Fi - Fo) y la diferencia en fase. La señal de error se filtra (para eliminar ruidos), amplifica y se aplica al VCO. La señal de error hace que la frecuencia Fo del VCO cambie en una dirección tal que se reduzca la diferencia en frecuencia (Fi - Fo).

Hay dos factores fundamentales en el diseño de un PLL: Ganancia de lazo

Frecuencia Natural

Los PLL proporcionan una gran ventaja sobre los elementos discretos, ya que reducen notablemente el número de elementos que se necesitan para el montaje y dejan trabajar en un ámbito digital, lo cual proporciona ventajas para la utilización de diversas herramientas, entre ellas el computador. Con los PLL el número de variables a ser tenidas en cuenta se reduce, lo cual simplifica matemáticamente los circuitos en que aparece.

VARIADOR DE VELOCIDAD

El Variador de Velocidad (VSD, por sus siglas en inglés Variable Speed Drive) es en un sentido amplio un dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores.

Aplicaciones de los variadores en bombas y ventiladores. MOTIVOS PARA EMPLEAR VARIADORES DE VELOCIDAD

El control de procesos y el ahorro de la energía son las dos de las principales razones para el empleo de variadores de velocidad. Históricamente, los variadores de velocidad fueron desarrollados originalmente para el control de procesos, pero el ahorro energético ha surgido como un objetivo tan importante como el primero.

VELOCIDAD COMO UNA FORMA DE CONTROLAR UN PROCESO Entre las diversas ventajas en el control del proceso proporcionadas por el empleo de variadores de velocidad destacan: • Operaciones más suaves. • Control de la aceleración. • Distintas velocidades de operación para cada fase del proceso. • Compensación de variables en procesos variables. • Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba. • Ajuste de la tasa de producción. • Permitir el posicionamiento de alta precisión. • Control del Par motor (torque).

EL AHORRO DE ENERGIA MEDIANTE EL USO DE VARIADORES DE VELOCIDAD Un equipo accionado mediante un variador de velocidad emplea generalmente menor energía que si dicho equipo fuera activado a una velocidad fija constante. Los ventiladores y bombas representan las aplicaciones más llamativas.

TIPOS DE VARIADORES DE VELOCIDAD En términos generales, puede decirse que existen tres tipos básicos de variadores de velocidad: mecánicos, hidráulicos y eléctrico-electrónicos. Dentro de cada tipo pueden encontrarse más subtipos, que se detallarán a continuación

Conclusiones 

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Los motores DC continúan siendo de gran utilidad en campos como el control y automatización. Existen variados métodos para el control de velocidad de motor, siendo la más adecuada la variación de voltaje de armadura. El método de variación de velocidad de motor limita el tipo de motor a usar.

Recomendaciones 

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Se recomienda revisar las indicaciones de seguridad y conexiones, colocar las protecciones necesarias en cada uno de los circuitos para evitar fallas o accidentes. Los variadores de velocidad son de gran utilidad para controlar un motor de inducción pero también son una gran fuente de EMI. Por lo que se recomienda seguir las indicaciones del fabricante como la utilización de apantallamientos para evitar problemas de interferencia con los circuitos aledaños.