Electronica Industrial

ELECTRONICA INDUSTRIAL

PROYECTO FINAL

JUSTIFICACION

Diseñar y simular un control escalar de velocidad de un motor trifásico de inducción, desarrollando un módulo de características aplicables en la industria, permitiendo un amplio rango de control de velocidad.

 El control de velocidad se debe realizar por medio del control de frecuencia.

 Se debe comprobar el funcionamiento del sistema en un rango comprendido entre los 3 Hz y los 60 Hz.

 Inicialmente se recomienda la revisión de conceptos teóricos tales como las características de funcionamiento de un motor de inducción, el arranque de un motor trifásico de inducción, los fundamentos teóricos sobre el control de velocidad de un motor trifásico de inducción, características de los variadores de velocidad.

 Se recomienda inicialmente realizar un diagrama de bloques del sistema

 Se debe diseñar y simular inicialmente cada una de las partes del sistema como son, circuito de potencia, puente inversor, circuito de control, etc.

 Se integran después todas las etapas para realizar las pruebas y simulaciones del sistema completo.

VARIABLES Y METODOLOGIA.

Para dar solución al problema propuesto es necesario implementar un sistema de regulación con control escalar el cual nos permiten controlar las variables de control (tensión y frecuencia) en régimen permanente.

CONTENIDO.

1. Objetivo General

2. Conceptos previos,

3. Lista de materiales,

4. Diagrama de bloques del sistema

5. Plano esquemático de la solución

6. Desarrollo de las partes del proyecto, adecuación del prototipo final

1. Objetivo General.

El principal objetivo del trabajo es el diseño y la implementación de un sistema de control escalar de velocidad para un motor trifásico de inducción, permitiendo un amplio rango de control de velocidad.

Realizar el diseño y simulación de las diferentes etapas que se requieren en el desarrollo del proyecto. • Indicar de una manera práctica y sencilla el control de velocidad de los motores eléctricos. • Conocer los variadores de frecuencia su composición, y estructura. • Analizar las principales razones para el empleo de variadores de velocidad.

El control escalar de velocidad es el método más común encontrado en variadores de velocidad para motores de inducción. Es llamado así porque las magnitudes de las variables frecuencia y voltaje son controladas a una tasa constante. La velocidad base de un motor es proporcional a la frecuencia del voltaje de alimentación e inversamente proporcional al número de polos. Aunque, el número de polos no puede ser modificado una vez que el motor ha sido construido. Cuando la frecuencia eléctrica aplicada al estator de un motor de inducción es modificado, la velocidad de rotación de sus campos magnéticos cambia en proporción directa. Mediante un control de frecuencia variable es posible ajustar la velocidad del motor, ya sea por encima o debajo de su velocidad base. Un controlador de esta naturaleza es capaz de llevar la velocidad de una máquina, del 5 hasta el 200% de su velocidad base. Sin embargo, al variar la frecuencia, es importante respetar ciertos límites de voltaje y torque. Para asegurar su operación adecuada y segura, al trabajar a velocidades menores a la velocidad base es necesario reducir el voltaje entre las terminales del motor. El voltaje fase a fase aplicada al estator debe ser decrementado linealmente al decrementar la frecuencia eléctrica. Este proceso es llamado de-rateo. Si no es efectuado, el hierro del núcleo del motor se saturará y las corrientes de magnetización que fluyen hacia la máquina serán excesivas.

Linea AC

Funcion

Generador

Relación

Velocidad

Frecuencia

Diagrama de bloques control escalar de velocidad

Los motores de inducción son muy utilizados en los procesos industriales para suministrar potencia mecánica y, de esta manera, realizar tareas que requieren un gran esfuerzo. En estas máquinas se presenta dificultad en la implementación de técnicas de control lineales, puesto que la velocidad a la cual giran y la potencia que entregan dependen de la carga, de la frecuencia de la señal de entrada y de la tensión de alimentación. Para solucionar estos problemas se utilizan diferentes metodologías con mayor o menor éxito.

En este artículo se pretende evidenciar la forma de controlar la velocidad de un motor de inducción a través de un método moderno de control, conocido como control de campo orientado (FOC) o control vectorial; que al obtener los parámetros de entrada del motor (corrientes, tensiones, velocidad, etc.) se realiza una comparación con una señal de referencia del mismo tipo. A través de un sistema dinámico se modifica la señal a la salida, la cual es la que alimenta al motor.

Esto se realiza por medio de un PWM y un inversor de tensión, controlando de esta manera la velocidad del motor, de modo que permanezca estable al valor deseado. El control de velocidad se realizará a través del software de ingeniería Matlab, debido a que este presenta una amplia gama de recursos para la simulación de sistemas dinámicos tales como el Simulink y su diversidad de bloques y funciones.

1. Introducción

El motor de corriente directa inicialmente fue el más aceptado debido a que su sistema de control es muy simple, su comportamiento puede describirse mediante una ecuación diferencial de primer orden; un motor de corriente alterna AC es mucho más compleja y podría llegar a comportarse como un sistema no lineal de quinto orden. Los altos costos, su mantenimiento regular y los problemas presentados a altas y muy bajas velocidades fueron las limitantes para con el uso de este tipo de motores.

Los motores de inducción emplean un simple pero ingenioso esquema de conversión de energía electromagnética. En los tipo jaula de ardilla el rotor es inaccesible y no existen los elementos de contacto (escobillas) presentes en los motores DC. Esta configuración incrementa su capacidad; además, el hecho de no emitir chispas permite su uso en ambientes explosivos.

El control de velocidad en motores de inducción evoluciona continuamente. El avance se debe al progreso en varias áreas: electrónica de potencia, microelectrónica, sistemas de control (incluyendo sistemas expertos e inteligencia artificial), materiales magnéticos, sistemas de cómputo, etc. Los trabajos de Harry Ward-Leonhard marcaron el nacimiento del uso de accionamientos para variar la velocidad en máquinas DC en un amplio rango y mostraron su eficiencia; más tarde, el control de velocidad se logró usando rectificadores de arco eléctrico de mercurio; finalmente, aparecieron los dispositivos basados en silicio.

En un primer momento, los avances en el control eficiente de velocidad en motores de corriente alterna se basaron en el comportamiento puramente eléctrico del sistema, es decir, conversión de frecuencia y voltaje (control escalar v/f). Así, los grandes avances obtenidos hasta 1970 no superaron el excelente desempeño dinámico de los controladores de velocidad de ese entonces: el método de control v/f intentaba mantener el flujo constante, pero producía una respuesta lenta en el torque del eje de la máquina. Una solución a este inconveniente surgió en 1971; en ese año, las investigaciones de los alemanes K. Hasse y F. Blaschke introdujeron los conceptos de campo orientado y esquemas de control vectorial, los cuales permiten que un motor de inducción alcance un desempeño similar al de un motor DC. La aplicación de estos nuevos esquemas requiere de un conocimiento del modelo del motor, para así poder determinar el comportamiento de variables de estado como flujo, torque, corrientes y deslizamiento, entre otras.

MÁQUINA DE INDUCCIÓN

Una maquina de inducción es simplemente un transformador eléctrico cuyo circuito magnético está separado. por medio de un entrehierro, en das partes: una parte fija llamada estator y otra parte móvil llamada rotor.

El estator está formado por un devanado (primario) siwado en un núcleo de chapas magnéticas de acero ranuradas. El rotor al igual que el estator, también posee un núcleo de chapas magnéticas ranuradas en el cual se sitúa un devanado (secundario), pero éste, puede que no sea bobinado sino que contenga unas barras de cobre, bronce, o aluminio unidas en los extremos a unos anillos (rotor de jaula de ardilla) que las cortocircuiten.

Entre el estator y el rotor existe una separación de aire que debe ser lo más reducida posible, sin que haya roce alguno, y que se denomina entrehierro. Cuando se suministra una comente alterna, procedente de una

...