CONTROL DE MOTOR CC POR PWM BASICO

CONTROL DE MOTOR CC POR PWM BASICO

Objetivo del ejercicio

Cuando haya completado este ejercicio, estará familiarizado con el tipo más básico de control de motor cc por pwm: el control de motor cc de cortador reductor. Entenderá el diagrama de bloques y el modo de operación de dicho control, así como sus principales ventajas y desventajas.

Resumen de los principios:

Los principios de este ejercicio cubren los siguientes puntos:

• Diagrama de bloques de un control de motor cc por PWM básico.
• Operación de un control de motor cc por PWM básico.
• Ventajas y desventajas de control por PWM básico.

Principios

Diagrama de bloques de un control de motor cc por PWM básico.

Un control de motor por PWM básico, se puede obtener usando un cortador reductor que implementa el dispositivo de control de potencia e la figura 1. EL circuito resultante se muestra em la figura 2.Observe que le motor cc genérico se puede reemplazar por su circuito equivalente compuesto por un resistor, una bobina y una fuente de tensión CC conectados en serie, que representa la resistencia e inductancia intrínsecas del inducido y la fuera contraelectromotriz del motor cc, respectivamente . En la práctica, el motor que se conecta al control puede ser un motor cc convencional ( excitado separadamente o en serie), un motor cc de imán permanentes o un motor cc sin escobillas.

[pic 1]

Operación de un control de motor cc por PWM básico

Para poder girar, un motor cc requiere que a su  inducido a se le suministre tensión cc. Es necesario que la tensión sea variable para cambiar la velocidad de rotación del motor. El cortador reductor proporciona dicha tensión, cuyo valor promedio depende del ciclo de trabajo. La salida del cortador reductor es una fracción de la tensión de entrada cc dado que a su valor promedio es proporcional al ciclo de trabajo cual puede estar entre 0 y 1. La ecuación que relaciona la tensión promedio aplicada al inducido del motor con al tensión cc de entrada.

EA,CC= α EEnt,cc                                                              (1)

Donde α es el ciclo de trabajo del cortador reductor, un valor entre 0 y 1 o 0% y 100%.

La figura 3 muestra las formas de onda de tensión y corriente del motor generadas cuando el control cc por PWM basico opera con un ciclo de trabajo determinado. En este ejemplo, el ciclo de trabajo es a 25% del tiempo al inducido del motor. La tensión promedio del inducido del motor es por tanto un cuarto de la tensión cc de entrada.

[pic 2]

Las formas de onda de la tensión y corriente del inducido que se muestra en la figura 3 son aquellas que se obtiene una vex el motor alcanza la velocidad final para un ciclo de trabajo dado. Note como la corriente aumenta cuando hay tensión y disminuye cuando no. Esto significa que por el motor circula una corriente positiva suavizada por la inductancia de este.

Los dos posibles caminos de la corriente del inducido se muestran en la figura 4 Cuando el interruptor electrónico se enciende, la corriente del inducido fluye de la fuente cc al motor y aumenta a medida que la inductancia absorbe energía. Cuando el interruptor se cierra, el diodo D4 proporciona un camino para la corriente del inducido pues la energía almacenada en la inductancia se libera en el circuito

[pic 3]

Observe, sin embargo, que no siempre aplica la relación de la ecuación (1). La figura 5 muestra que durante una desaceleración las formas de onda de la tensión y corriente del inducido del motor difieren de las obtenidas en estado estacionario ( ver la figura 3 ). Cuando el interruptor Q1, se apaga, la tensión del inducido cae prácticamente cero y su corriente disminuye a liberarse la energía almacenada en la inductancia del inducido a través del diodo D4. Cuando la corriente llega a 0, el diodo D4 se bloquea. En este instante la tensión del inducido es igual a EFCEM la cual no es nula dado que el motor sigue rotando debido a su inercia. Esta tensión suplementaria eleva la tensión promedio del inducido a un valor mayor al previsto por la ecuación (1). El motor eventualmente desacelera a una velocidad de rotación que corresponde a la tensión promedio del inducido suministrada por el cortador reductor. Mientras desacelera el motor, disminuye y eventualmente desaparece el aplanamiento que produce la tensión en la onda de tensión del inducido. La duración de este proceso depende del a inercia del sistema.

[pic 4]

Ventajas y desventajas del control por PWM básico

Ventajas

El control de motor cc por PWM básico tiene la gran ventaja de ser muy simple. Requiere poco componente electrónico que son de uso común. Esto hace que su costo sea bajo y su confiabilidad alta. Estas razones explican porque dicho control se puede aun encontrar en muchas aplicaciones a pesar de sus inconvenientes.

Desventajas

La simplicidad del control de motor cc por PWM básico resulta en las siguientes desventajas:

• Pobre regulación de velocidad. Un ciclo de trabajo determinado del cortador reductor produce una velocidad de rotación fija del motor, pero solo para una carga mecánica dada. Cualquier cambio en el par de carga afecta la velocidad de rotación del motor. Por tanto, la velocidad de rotación no esta regulada del todo por el control y depende del par de carga y de la relación par-velocidad del motor cc empleado.
• Unidireccional. El cortador reductor suministra solo tensión cc unipolar. Dado que es imposible invertir la polaridad de la tensión cc aplicada al inducido del motor, este ultimo puede rotar en una sola dirección. Esto puede ser problemático en varias aplicaciones
• Funcionamiento por inercia durante la desaceleración. Cuando el motor ha estado rotando a una velocidad dada, reducir el ciclo de trabajo hace que le motor desacelere a cierta velocidad a una variación proporcional a las fuerzas que se oponen a su rotación e inversamente proporcional a la inercia del sistema. Durante el tiempo que el motor desacelera, el control pierde el dominio de la velocidad de rotación. Esto no es aceptable en aplicaciones que requieren un estricto control de la velocidad
• Sobre corriente durante la aceleración. Cada vez que el ciclo de trabajo del cortador aumenta significativamente para elevar la velocidad del motor, la corriente del inducido sube considerablemente. Cuando el aumento es tal que se excede la corriente nominal del inducido por un tiempo suficientemente largo, el circuito de protección de sobrecarga acuta( si el motor no posee un circuito de protección los daños son probables). Todo esto, obviamente, puede ser altamente problemático.

Todas las desventajas presentadas se discutirán en mayor detalle y se corregirán en los dos ejercicios siguientes de este manual.

RESUMEN DEL PROCEDIMIENTO

 El procedimiento está dividido en las siguientes secciones:

• Instalación y conexiones
• Operación del control de motor cc por PWM básico
• Funcionamiento por inercia
• Sobre corrientes en el motor durante la aceleración
• Efectos de la carga mecánica sobre la velocidad del motor

PROCEDIMIENTO

En este ejercicio de laboratorio se trabaja con altas tensiones. No haga ni modifique ninguna conexión con las fichas tipo banana cuando la alimentación esta encendida, salvo que se especifique lo contrario.

INSTALACION Y CONEXIONES

En esta parte del ejercicio, instalara y conectara los equipos

1. Consulte la lista de utilización del equipo del Apéndice A con el fin de obtener una lista del material requerido para realizar este ejercicio.

Instale los equipos en el puesto de trabajo.

• Asegúrese que el motor CC de imán permanente este instalado a la derecha del Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes
• Antes de comenzar este ejercicio, mida con un multímetro la tensión del circuito abierto en el bloque de baterías de plomo, modelo 8802. Si esa tensión es inferior a 51.2, pida ayuda a su profesor porque es probable que dicho bloque de baterías no este completamente cargado. El apéndice D de este manual explica como prepararlo antes de iniciar cada clase de laboratorio.

1. Acople mecánicamente el dinamómetro de alimentación de cuatro cuadrantes al motor cc de imán permanentes utilizando una correa dentada.

Antes de acoplar las maquinas rotatorias, o de trabajar con las mismas, asegúrese de que la corriente está cortada para evitar que alguna se ponga en marcha de manera accidental.

1. Asegúrese de que le interruptor principal del dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes este en la posición 0 apagado y luego conecte su entrada de potencia a un tomacorriente CA mural.
2. Conecte la entrada de potencia de la interfaz de adquisición de datos y de control DACI a una fuente de alimentación CA de 24 V.

Conecte la entrada de baja potencia del cortador/inversor a la entrada de potencia de la DACI. Encienda la fuente de potencia CA de 24 V.

1. Conecte el puerto USB de la DACI al puerto USB de la computadora.

Conecte el puerto USB del Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes al puerto USB de la computadora.

1. Encienda el Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes luego coloque el interruptor Modo de operación en dinamómetro.
2. Encienda la computadora y luego inicie el software LVDAC-EMS.

En la ventana Arranque de LVDAC-EMS, asegúrese de que la DACI y el Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes fueron detectados.

Asegúrese de que las funciones Instrumentación computarizada y control de cortador/ inversor están disponibles para la DACI. Además, seleccione la tensión y frecuencia que corresponde a la red CA local y luego haga clic en el botón aceptar para cerrar la ventana de arranque de LVDAC-EMS.

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