Tema3 Control Maq AC

CONTROL DE MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA

• Máquina de inducción

– Conceptos básicos

– Circuito equivalente y característica mecánica

– Métodos de regulación

– Control por variación de frecuencia

– Regulación de máquinas de rotor devanado

• Máquina síncrona

– Conceptos básicos

– Circuito equivalente y característica mecánica

– Métodos de regulación

TEMA 3. CONTROL DE M ÁQUINAS DE ALTERNA

Control de Máquinas Eléctricas 1

• Constitución

• Tipos de motor– Rotor devanado

– Rotor de jaula• Sencilla

• De ranura profunda

• De doble jaula

• Ventajas – Coste de fabricación

– Robustez, mantenimiento

– Característica mecánica

– (-) regulación

– (-) modelo matemático

– (-) rendimiento

MÁQUINA DE INDUCCIÓN, CONCEPTOS BÁSICOS

Figura 1: Máquina de inducción

Figura 2: Tipos de rotor de jaula




CIRCUITO EQUIVALENTE Y ECUACIONES

Figura 3: Circuito equivalente, potencias22

2

222

2

21

11

2211111

/3

)1(3

)()(·

)(

)(

)1(;

2/

2

IsRPP

T

Is

sRP

sZZ

sZZZ

VsI

IsZIZIZIZV

s

p

f

SS

EH

m

CONVind

CONV

m

m

mm

SmS

mS

S

ωωω

ωωω

ωω

πω

===

−=

++

=

+=+=

−=−=

=

:mecánica ticaCaracterís

:eléctrica ticaCaracterís

s


Figura 4: Características mecánica y eléctrica nominales


CARACTERÍSTICAS MECÁNICA Y ELÉCTRICA

( ) ( )[ ]

( )

( )

++±

=

++±=

+++=

22

2

2

22

2

2

22

22

22

1

2

3

/

/3)(

XXRR

VT

XXR

Rs

XXsRR

sRVsT

THTHTHS

THiMAX

THTH

MAX

THTHS

THi

ω

ω

:máximoPar

:mecánica ticaCaracterís

)(//)(

21

11 sZZZ

VsI

m+=

:eléctrica ticaCaracterís


MÉTODOS DE REGULACIÓN DE VELOCIDAD

• Factores de la velocidad de funcionamiento– Variación del deslizamiento ( V1, R2 )

– Variación de la velocidad síncrona ( p, f )


Figura 5: Métodos de regulación de velocidad en máquinas asíncronas

)1(2/

2)1( s

p

fsSm −=−= πωω


• Variación de tensión– Tind = k V2

– Rendimiento

– Intensidades

– Arranque Y -∆

• Variación de resistencia rotórica– TiMAX = f (R2)– Rotor devanado– R variable– Rendimiento

CONTROL POR VARIACIÓN DE DESLIZAMIENTO

Figura 6: Variación de V1

Figura 7: Variación de R2



• Método de polos consecuentes

– Relaciones 2:1, 4:1

– Variación de caract. nominales

• Devanados de estátor múltiples

CONTROL POR VARIACIÓN DE Nº DE POLOS

Figura 8: Polos consecuentes Figura 9: Tipos de conexión



• Ventajas– Caract. mecánica vertical

– Rango de regulación de ω

– Rendimiento

– Versatilidad

• Variación de f , a V cte.– Efecto de la frecuencia

– Magnetización– Par– Intensidades

CONTROL POR VARIACIÓN DE FRECUENCIA

Figura 10: Variación de f ( V1=VfN )mm Lfj

EI

π21=



• φ = cte. ≈ φN ( Im )– Ti ≈ k φ IR

– Aprov. Material

• Caract. mecánica (E1 , f ctes)

FUNCIONAMIENTO A FLUJO CONSTANTE (I)

Figura 11: Circuito equivalente


22

222

212

1

1

22

222

212

22

22

212

22

22

212

2

22

2

2

3)(

2

3

)/(

/3)(

)/(

/3

XsR

EsR

f

PsT

P

f

XsR

EsR

XsR

EsRsT

XsR

EI

IsRPP

T

i

S

SSi

SS

EH

m

CONVi

+=

=

+=

+=

+=

===

π

πω

ωω

ωωω • Par máximo

ctef

E

L

PT

LfX

X

E

f

PssT

Xs

R

ds

dT

d

d

m

m

==

=

==

±=→=

21

21

22max

212

2

21

1max

22

8

3

2

22

3)(

0

π

ππ


FUNCIONAMIENTO A FLUJO CONSTANTE (II)

Figura 12: Variación de f (φ = φ N)

Figura 13: Diagrama fasorial del estator


• Pendiente de la carac. mecánica

ωπ

ωω

ωωω

π

∆≈

∆=−=

≈→>>

21

21

22

2

2

21

12

2

4

3

2

3

f

E

R

PT

s

sR

E

f

PTX

s

R

i

SS

mS

i

Como

Si

• Tensión necesaria

mdm

mm

m

ILfIRIXIRV

IXIjXIRjIREV

IIjI

IjXIREIZEV

121121

12112111

21

111111111

2π+=+≈∆++−+=

+−≈++=+=


• φ = cte. ≈ φN ( Im )

FUNCIONAMIENTO A FLUJO CONSTANTE (III)

Figura 15: Variación de f (φ = φ N)Figura 14: Variación de V1


Pf

Pfs

sZEIIII

IZEV

EE

m

S

mS

m

N

/2

/2

)(/;

1

1

21221

1111

11

πωπ

ωωω −=−=

=+=+=

=


• V1 = k·f = VfN/fN ·f

– E ≈ V1 (φ ≈cte)

– Bajas frecuencias, R1I1

– Límite superior V1N

CARACTERÍSTICAS TENSIÓN - FRECUENCIA (I)

Figura 17: Variación de f ( V1 = k·f )Figura 16: Variación de V1



• V1 = K·f +V0

– Refuerzo del par

– V0 ≈ 2 a 20% ≈ R1·I1– Refuerzo dinámico

– K = (V1N – V0)/fN

Figura 19: Variación de f ( V = k f+V0 )Figura 18: Variación de V1


CARACTERÍSTICAS TENSIÓN - FRECUENCIA (II)


• U = k·f 2+V0

– Tres= k ω2

– Arranques suaves

– Ahorro energético

– Refuerzo de par

Figura 21: Variación de f (V1 = k f 2+V0)Figura 20: Variación de V1


CARACTERÍSTICAS TENSIÓN - FRECUENCIA (III)


• Límites de operación– V, I, ω, T, P

– Zona TMAX cte

– Zona PMAX cte

– Zona alta velocidad (X2)

– Capacidad de refrigeración

VARIACIÓN DE FRECUENCIA. ZONAS DE OPERACIÓN

Figura 23: Limites térmicos



Figura 22: Zonas de operación

• Arranque– Inercia mecánica

– Valores I1– Rampas

• Parada– Inercia, intensidades

– Generador - freno

– Resistencia de frenado

• Cambios de consigna– Límites de respuesta

ARRANQUE Y TRANSITORIOS MECÁNICOS

Figura 24: Rampas de aceleración

Figura 25: Resistencia de frenado



• Rampas de variación de f– Arranque

– Parada

– Cambios ωref

• Refuerzo de par– Ajuste dinámico

– Valor de Id

• Limitador de corriente– Márgenes de seguridad

• Compensación de s– Modelo de ajuste

CONTROL Y TRANSITORIOS

Figura 26: Bloques de control

Figura 27: Compensación deslizamiento



• Características a f nominal– Fuente de intensidad I1N

– Par inducido

– Tensión a aplicar

FUNCIONAMIENTO A INTENSIDAD CONSTANTE

Figura 29: f variable

• Variación de frecuencia– Par inducido

– Límites de tensión

Figura 28: f nominal



MOTOR DE ROTOR DEVANADOCONTROL DEL DESLIZAMIENTO

Figura 30: Regulación por Resistencia rotórica

Figura 31: Regulación continua con dispositivo electrónico

( ) ( )[ ]

( )

( )

++±

=

++±=

+++=

22

2

2

22

2

2

22

22

22

1

2

3

/

/3)(

XXRR

VT

XXR

Rs

XXsRR

sRVsT

THTHTHS

THiMAX

THTH

MAX

THTHS

THi

ω

ω



MOTOR DE ROTOR DEVANADO.RECUPERACIÓN DE DESLIZAMIENTO

Figura 32: Grupo Kramer estático. Recuperación de la potencia de deslizamiento. Características mecánicas.

• Potencia de deslizamiento

• Potencia del convertidor

• Frecuencia de funcionamiento



MOTOR DE ROTOR DEVANADO. FRENADO REGENERATIVO

• Frenado regenerativo

• Funcionamiento subsíncronoe hipersíncrono

Figura 33: Grupo Scherbius estático con convertidor reversible

Figura 34: Cicloconvertidor. Funcionamiento básico.



• Motor síncrono– Circuito equivalente

– Característica mecánica

– Regulación de velocidad

MÁQUINA SÍNCRONA. CONCEPTOS BÁSICOS

Figura 36: Circuito equivalente por fase y característica mecánica


P

fsen

X

EVT S

SS

AAi

πωωδω

23 ===

Figura 35: Estructura y configuraciones de la máquina síncrona


– Regulación de velocidad

– Característica mecánica (IF = cte)

– Característica V/f

– Zonas de operación

– Modos de funcionamiento

MOTOR SÍNCRONO. VARIACIÓN DE FRECUENCIA


δπ

δπππ

δω

πωπω

πω

senf

V

L

kPT

senLfPf

fkVT

senX

EVT

LfLX

Pf

fkkE

A

Si

S

Ai

SS

AAi

SSS

S

A

⋅Φ=

⋅Φ=

=

===

=Φ=

2

3

2/2

23

3

2

/2

2

Figura 37: Regulación de velocidad por frecuencia de la tensión de alimentación


MOTOR SÍNCRONO. CONTROL EN LAZO ABIERTO

Figura 38: Regulación de velocidad en lazo abierto.

• Regulación en lazo abierto

• Frenado regenerativo: Cicloconvertidores.

• Limitación de variación de velocidad: transitorios de sincronización.



MOTOR SÍNCRONO. CONTROL EN LAZO CERRADO

Figura 39: Regulación de velocidad en lazo cerrado.

• Motor síncrono autopilotado:

• Medida de posición: Sincronización de campos magnéticos.

• Convertidor de corriente. Balance de potencia



Tema3 Control Maq AC

Documents

Transcript of Tema3 Control Maq AC