Accionamientos de Motores de Induccion

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  • 7/25/2019 Accionamientos de Motores de Induccion

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    ACCIONAMIENTOSACCIONAMIENTOSDE MOTORES DE INDUCCIDE MOTORES DE INDUCCINN

    Herman FernHerman FernndezndezDepartamento IngenierDepartamento Ingeniera Electra Electrnicanica

    Centro de ElectrCentro de Electrnica de Potencia y Accionamientos (CEPAC)nica de Potencia y Accionamientos (CEPAC)Junio 2005Junio 2005

    hfernandezhfernandez@@poz.unexpo.edu.vepoz.unexpo.edu.ve

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    CONTENIDOCONTENIDO

    Fundamentos de los accionamientos de motoresFundamentos de los accionamientos de motores DefiniciDefinicinn Diagrama de bloques genDiagrama de bloques genrico de un accionamientorico de un accionamiento ClasificaciClasificacinn Tipos de cargasTipos de cargas Dispositivos semiconductores e inversoresDispositivos semiconductores e inversores El transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT) y el IGCTEl transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT) y el IGCT La mLa mquina de inducciquina de induccinn

    Estudio de la mEstudio de la mquina en rquina en rgimen permanentegimen permanente Estudio dinEstudio dinmico del motor de induccimico del motor de induccinn Control escalarControl escalar Diagrama de bloques de un accionamiento de controlDiagrama de bloques de un accionamiento de control

    escalarescalar LimitacionesLimitaciones Principios del control vectorial de motores de inducciPrincipios del control vectorial de motores de induccinn Control vectorial directoControl vectorial directo Control vectorial indirectoControl vectorial indirecto Diagrama de bloques de accionamientos comercialesDiagrama de bloques de accionamientos comerciales AplicacionesAplicaciones

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    ACCIONAMIENTO DE MOTORESACCIONAMIENTO DE MOTORES

    Un accionamiento para motores esUn accionamiento para motores esun sistema electrun sistema electrnico capaz denico capaz deregular la variable de procesoregular la variable de procesocomo la velocidad, par o posicicomo la velocidad, par o posicin,n,

    en concordancia a la referencia oen concordancia a la referencia oseseal de comando solicitada, aal de comando solicitada, anncuando se presenten cambios encuando se presenten cambios en

    la demanda de la carga y sela demanda de la carga y seregistren perturbaciones en elregistren perturbaciones en elsuministro de energsuministro de energa ela elctrico.ctrico.

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    PROPIEDADES DE UN ACCIONAMIENTO

    Excelente dinExcelente dinmicamica

    Exactitud en la velocidad, par a desarrollar oExactitud en la velocidad, par a desarrollar ofijacifijacin de la posicin de la posicinn

    Amplio margen para la regulaciAmplio margen para la regulacin de lan de lavelocidadvelocidad

    Funcionamiento en los cuadrantes deFuncionamiento en los cuadrantes de

    operacioperacin requeridos por el tipo de aplicacin requeridos por el tipo de aplicacinn Tolerancia a perturbaciones mecTolerancia a perturbaciones mecnicas que senicas que se

    registren en el eje del motor, esto es,registren en el eje del motor, esto es,demandas en el par de arranque y de servicio,demandas en el par de arranque y de servicio,frecuencias de oscilacifrecuencias de oscilacin en el sisteman en el sistema

    mecmecnico, etc.nico, etc. Posibilidad de operaciPosibilidad de operacin sin sensores den sin sensores de

    velocidad manteniendo un buen factor develocidad manteniendo un buen factor deregulaciregulacin.n.

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    DIAGRAMA GENERICO DE UN ACCIONAMIENTO

    Fuente

    energa

    elctrica

    AC o DC

    Convertidores

    Electrnicos de

    Potencia

    CEP

    Mquina

    elctrica

    rotativa

    Sensores de

    velocidad,

    posicin, trmico(Opcional)

    Prdidas por

    armnicos en el

    CEP

    Prdidas por

    conduccin y

    conmutacin CEP y

    redes Snubber

    Prdidas en arrollado, ncleo, acoplamiento mecnic

    carga y motor

    Carga

    mecnica

    Medicin de la

    variable de

    proceso(Opcional)

    Sensores de

    variableselctricas

    Sensores de

    variableselctricas

    Unidad de control

    adquisicin y supervisin

    Unidad de regulacin

    modelo y estimadores

    del motor

    Sealesde

    comando

    Unidad de interfase

    Control local

    Puertos entrada - salida

    analgicos y digitales

    Control remoto

    Mquina como motor

    Mquina como generador

    Comunicacin

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    DIAGRAMA GENERICO DE UN ACCIONAMIENTO AC

    InversorMquina

    ACFiltroRectificador

    Controlador

    Variables Medidas

    Fuente AC de1 3 Fases

    Comando de

    Velocidad

    Rectificador: Convierte la tensin alterna en una tensin de corriente continua. Puede ser del tipo no controlado(diodos) o controlado (SCRs). De accionamientos de ms sofisticados, el rectificador est implementado con IGBTs

    para fijar un factor de potencia unitario y devolver energa a la red durante el frenado regenerativo.Filtro: Etapa que elimina el rizado generado por el rectificador. Almacena energa en un banco de condensadores

    para reducir efecto de pulsacin y suplir de energa al motor durante una demanda considerable de la carga. Se

    conforma por un arreglo de bobina y condensador o solamente condensador cuando se gobiernan motores de muybaja potencia.Inversor: Convierte la tensin continua de entrada en tensin alterna a la salida de voltaje y frecuencia variable.Se compone de transistores o tiristores con control de encendido y apagado por compuerta. Actualmente seemplean los inversores de tres niveles.Controlador: Seccin de control y regulacin encargada de optimizar par desarrollado por el motor en un ampliorango de velocidad en funcin de la consigna de entrada. Acopla y genera los patrones de conmutacin a los

    dispositivos del inversor basado en tcnicas de modulacin: SPWM, MSPWM, HIPWM, SVPWM, etc. Comanda alrectificador de entrada cuando se trata de dispositivos con control de compuerta. Decide el cuadrante de operacinen funcin de la seal de referencia y el comportamiento dinmico de la carga.

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    Accionamientos AC vs. DC

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    METODOS DE CONTROL DE VELOCIDADDE MOTORES DE INDUCCION

    Mtodos de Control

    Frecuencia Variable

    Control Escalar Control Basadoen Vectores

    LinealizacinRealimentacin

    Control

    Directo de Par(DTC)

    Control

    OrientacinCampo

    (FOC)

    V / FConstante

    Control

    basadoPasividad

    (PBC)

    Orientando

    Flujo

    Rotor

    Orientando

    Flujo

    Estator

    Control Directo

    Par

    Neuro-Borrosa

    Trayectoria

    Circular

    Flujo

    (Takahashi)

    Trayectoria

    Hexagonal

    Flujo

    (Depenbrock)

    Directo(Blaschke)

    Indirecto(Hasee)

    Orientacin

    NaturalCampo

    (Jonsson)

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    DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIAUSADOS EN ACCIONAMIENTOS AC

    Diodos rpidosSCR (Rectificador Controlado de Silicio)

    PBJT (Transistor Juntura Bipolar)MOSFET (Transistor de Efecto de Campo de Metal Oxido de Silicio)

    IGBT (Transistor Bipolar de Compuerta Aislada)GTO (Tiristor de Apagado por Compuerta)

    IGCT (Tiristor con Circuito Compuerta Integrado)MCT (Tiristor Controlado por MOSFET)MTO (Tiristor de Apagado por MOSFET)

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    EL TRANSISTOR BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA

    IGBT

    IGBT Canal N

    C

    G

    E

    Colector

    Compuerta

    Emisor

    N+

    N

    Capa - Epi

    N+

    Capa de SiO2

    P

    Substrato P+

    Metal

    P

    J1

    J2

    Smbolo y estructura

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    EL TRANSISTOR BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA

    Colector

    Compuerta

    Emisor

    N+

    NCapa - Epi

    N+

    Capa de SiO

    2

    P

    Substrato P+

    Metal

    P

    Inyeccin dePortadoresMinoritarios

    CorrientePr

    incipal

    J1

    J2

    VGE

    RL

    CompuertaEmisor

    Colector

    Mosfet

    Diodo

    Resistencia

    deEmisor

    Corriente

    Principal

    TiristorPa

    rsito

    Transistor en conduccin

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    EL TRANSISTOR BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA

    Caractersticas:Controlado por tensinCapacidad para manejar niveles de potencia considerables

    Fcil de conectar en paraleloVelocidad de conmutacin rpidaTiempos de conmutacin ajustablesPrdida en conduccin inferior a la del MOSFET

    Alta densidad de corriente en un rea reducida del chip

    Alta impedancia de entradaCircuito de compuerta sencilloSin zona de segunda ruptura

    Aplicaciones

    Accionamientos AC de Control Escalar, Vectorial y DTCConvertidores DC/DC y DC/AC de propsito generalFuentes ininterrumpidas de potencia (UPS)

    Filtros Activos de PotenciaCompensadores de Energa Reactiva

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    Driver IGBTs

    IHD215/280/680 CONCEPT

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    Tendencia de los IGBTs

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    Mdulos para accionamientos AC/DC/AC

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