Turbinas De Gas

UNIDAD 4.- VARIADORES DE VELOCIDAD

La relación entre velocidad, frecuencia, número de polos y deslizamiento es expresada por:

Dónde:

• n = rpm

• f = frecuencia ( Hz )

• 2p = número de polos

• s = deslizamiento

Analizando la fórmula, podemos ver que para regular la velocidad de un motor asíncrono, podemos actuar en los siguientes parámetros:

a) 2p = número de polos

b) s = deslizamiento

c) f = frecuencia de la tensión (Hz)

4.1.- Esquemas de la variación de la velocidad de las maquinas eléctricas.

Variación del Número de Polos

Existen tres modos de variar el número de polos de un motor asíncrono, son ellos:

• devanados separados en el estator

• un devanado con conmutación de polos

• combinación de los dos anteriores

En todos esos casos, la regulación de velocidad será discreta, sin pérdidas, sin embargo, la carcasa será más grande que la de un motor de velocidad única.

Motores de Dos Velocidades con Devanados Independientes

Esta versión presenta la ventaja de combinar devanados con cualquier número de polos, no obstante, es limitada por el dimensionamiento electromagnético del núcleo (estator/rotor) y carcasa, generalmente, mucho mayor que el motor de velocidad única.

Dahlander

Motores de dos velocidades con devanado por conmutación de polos es el sistema más común, también denominado “Dahlander”. Esta conexión implica una relación de polos de 1:2 con consecuente relación de rotación de 2:1. Pueden ser conectadas de la siguiente forma (figura 5.1):

• Conjugado constante

El conjugado en las dos rotaciones es constante y la relación de potencia es del orden de 0,63:1. En este caso el motor tiene una conexión de Δ/YY.

Ejemplo: Motor 0,63/1 cv - IV/II polos - Δ/YY.

Este caso se presta para las aplicaciones cuya curva de par de la carga permanece constante con la rotación.

• Potencia constante

En este caso, la relación de conjugado es 1:2 y la potencia permanece constante. El motor posee una conexión YY/Δ

Ejemplo: 10/10 cv - IV/II polos - YY/Δ.

• Conjugado variable

En este caso, la relación de potencia será de aproximadamente 1:4. Es muy aplicado a cargas como bombas, ventiladores. Su conexión es Y/YY.

Ejemplo: 1/4 cv - IV/II polos - Y/YY.

Motores con Más de Dos Velocidades

Es posible combinar un devanado Dahlander con un devanado simple o más. Sin embargo, no es común, es solamente utilizado en aplicaciones especiales.

Variación del Deslizamiento

En este caso, la velocidad del campo girante es mantenida constante, y la velocidad del rotor es alterada de acuerdo con las condiciones exigidas por la carga, que pueden ser:

a) variación de la resistencia rotórica

b) variación de la tensión del estator

c) variación de ambas, simultáneamente.

Estas variaciones son conseguidas a través del aumento de las pérdidas rotóricas, lo que limita la utilización de ese sistema.

Variación de la Resistencia Rotórica

Utilizado en motores de anillos. Se basa en la siguiente ecuación:

Dónde:

• pj2 = Pérdidas rotóricas ( W )

• ωo = Rotación síncrona en rd/s

• T = Par o conjugado del rotor

• R2 = Resistencia rotórica ( Ohms )

• I2 = Corriente rotóricas ( A )

• s = Deslizamiento

La inserción de una resistencia externa en el rotor hace que el motor aumente el deslizamiento ( s ), provocando la variación de velocidad. En la figura a seguir, vemos el efecto del aumento del R2.

Variación de la Tensión del Estator

Es un sistema poco utilizado, una vez que también genera pérdidas rotóricas y el rango de variación de velocidad es pequeño.

4.2.- control eléctrico de velocidad de motores de doble régimen

Los variadores de velocidad electrónicos se componen de dos módulos generalmente montados en unamisma envolvente (figura 10): un módulo de control que controla el funcionamiento del aparato y un módu-lo de potencia que alimenta el motor con energía eléctrica.

EL MÓDULO DE CONTROL

En los arrancadores y variadores modernos, todas las funciones se controlan mediante un microprocesador que gestiona la configuración, las órdenes transmitidas por un operador o por una unidad de proceso y los datos proporcionados por las medidas como la velocidad, la corriente, etcétera. Las capacidades de cálculo de los microprocesadores, así como de los circuitos dedicados (ASIC) han permitido diseñar algoritmos demando con excelentes prestaciones y. en particular, el reconocimiento de los parámetros de la máquina arrastrada. A partir de estas informaciones, el microprocesador gestiona las rampas de aceleración y deceleración, el control de la velocidad y la limitación de corriente, generando las señales de control de los componentes de potencia. Las protecciones y la seguridad son procesadas por circuitos especializados (ASIC) o están integradas en los módulos de potencia (IPM). Los límites de velocidad, las rampas, los límites de corriente y otros datos de configuración, se definen usando un teclado integrado o mediante PLC (sobre buses de campo) o mediante PC. Del mismo modo, los diferentes comandos (marcha, parada, frenado...) pueden proporcionarse desde interfaces de diálogo hombre/máquina, utilizando autómatas programables o PC. Los parámetros de funcionamiento y las informaciones de alarma, y los defectos pueden verse mediante displays, diodos LED, visualizadores de segmentos o de cristal líquido o pueden enviarse hacia la supervisión mediante un bus de terreno. Los relés, frecuentemente programables, proporcionan información de: fallos(de red, térmicos, de producto, de secuencia, de sobrecarga), vigilancia (umbral de velocidad, prealarma, final de arranque). Las tensiones necesarias para el conjunto de circuitos de medida y de control son proporcionadas por una alimentación integrada en el variador y separadas galvánicamente de la red.

EL MÓDULO DE POTENCIA

El módulo de potencia está principalmente constituido por: componentes de potencia (diodos, tiristores, IGBT...), interfaces de medida de las tensiones y/o corrientes, frecuentemente de un sistema de ventilación.

4.3.- Variador de Velocidad estatico de máquinas de corriente continua

Estos tipos de motores de c.c llevan incorporado un dispositivo electrónico de arranque para regular y controlar el motor. Así que no es preciso comprar un variador adicional porque ya lo lleva incorporado de serie.

La velocidad que tiene está relacionada proporcionalmente con la tensión del inducido, lo cual nos indica cómo se puede manipular la velocidad, variando la tensión de entrada o su intensidad.

Como la tensión y la velocidad están relacionadas, la potencia también lo está, con lo cual queremos decir que la potencia es directamente proporcional a la tensión y a la velocidad.

Como ya hemos apuntado, existen dos formas de manipular la velocidad en un motor de corriente continua:

1. Por la tensión.

2. Por la intensidad.

Si lo realizamos a través de la tensión, estaremos variando la tensión de entrada al devanado inducido. Esto se puede realizar de diversas formas:

1. Por control reostático.

2. Usando un sistema denominado Ward-Leonard.

3. Utilizando un elevador reductor.

4. Con un variador electrónico. Es el más empleado por su facilidad de uso y de programación.

Por el contrario, si decidimos manipular la velocidad de un motor por su intensidad, tendremos que variar el flujo inductor. Esto se realiza de dos maneras:

1. Con un reostato para regular el flujo en el campo.

2. Con un control electrónico.

• rectificador controlado para motor de corriente continua

Proporciona, a partir de una red de corriente alterna monofásica o trifásica, una corriente continua con control del valor medio de la tensión. Los semiconductores de potencia constituyen un puente de Graëtz, monofásico o trifásico (figura 7). El puente puede ser mixto (dio-dos/tiristores) o completo (sólo tiristores). Esta última solución es la más frecuente porque permite un mejor factor de forma de la corriente suministrada. El motor de corriente continua más utilizado tiene la excitación separada, salvo para pequeñas potencias, en las que suelen usar-se frecuentemente motores de imán permanente. La utilización de este tipo de variadores de velocidad se adapta bien a todas las aplicaciones. Los únicos límites vienen impuestos por el propio motor de corriente continua, en especial por la dificultad de conseguir velocidades elevadas y la necesidad de mantenimiento (sustitución de las escobillas). Los motores de corriente continua y sus variadores asociados han sido las primeras soluciones industriales. Después de más de una década, su uso va en constante disminución en beneficio de los convertidores de frecuencia. En efecto, el motor asíncrono es a la vez más robusto y más económico que un motor de corriente continua. Contrariamente a los

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