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Motivos para emplear variadores de velocidad
Un variador de velocidad puede consistir en la combinación de un motor eléctrico y el controlador que se emplea para regular la velocidad del mismo. La combinación de un motor de velocidad constante y de un dispositivo mecánico que permita cambiar la velocidad de forma continua El control de procesos y el ahorro de la energía son dos de las principales razones para el empleo de variadores de velocidad.
Velocidad como una forma de controlar un proceso
Ventajas en el control de procesos:
Operaciones más suaves. Control de la aceleración. Distintas velocidades de operación para cada fase del proceso. Compensación de variables en procesos variables. Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba. Ajuste de la tasa de producción. Permitir el posicionamiento de alta precisión. Control del Par motor (torque).
Fomentar el ahorro de energía mediante el uso de variadores de velocidad
Los ventiladores y bombas representan las aplicaciones más llamativas. Por ejemplo, cuando una bomba es impulsada por un motor que opera a velocidad fija, el flujo producido puede ser mayor al necesario. Para ello, el flujo podría regularse mediante una válvula de control dejando estable la velocidad de la bomba, pero resulta mucho más eficiente regular dicho flujo controlando la velocidad del motor, en lugar de restringirlo por medio de la válvula, ya que el motor no tendrá que consumir una energía no aprovechada...
Tipos de variadores de velocidad
Variadores mecánicos
Variador de paso ajustable: este dispositivo emplea poleas y bandas
Variadores hidráulicos Variador hidrostático: consta de una bomba hidráulica y un motor hidráulico. Variador hidrodinámico: emplea aceite hidráulico para transmitir par mecánico entre un impulsor de entrada Variador hidroviscoso: consta de uno o más discos conectados con un eje de entrada Variadores eléctrico-electrónicos. Existen cuatro categorías de
variadores de velocidad eléctrico-electrónicos:
variadores para motores de CC. variadores de velocidad por corrientes de Eddy. variadores de deslizamiento. variadores para motores de CA (también conocidos como variadores de frecuencia).
Variadores para motores de CC
Estos variadores permiten controlar la velocidad de motores de corriente continua serie, derivación, compuesto y de imanes permanentes. Para el caso de cualquiera de las máquinas anteriores se cumple la siguiente expresión: Vt= K.FM.Nm , donde:
Vt es el Voltaje terminal (V). K es la constante de la máquina. FM Flujo magnético producido por el campo ( Wb) Nm Velocidad mecánica (rpm). Despejando la velocidad mecánica, se obtiene: Nm= (Vt)/(K.FM.Nm)
Variadores de deslizamiento
Aplicado únicamente para los motores de inducción de rotor devanado. En cualquier motor de inducción, la velocidad mecánica (nM) puede determinarse mediante la siguiente expresión: Nm=(120.f.(1-s))/p Donde s es el deslizamiento del motor, cuyo valor oscila entre 0 y 1. De esta forma, a mayor deslizamiento, menor velocidad mecánica del motor. El deslizamiento puede incrementarse al aumentar la resistencia del devanado del rotor, o bien, al reducir el voltaje en el devanado del rotor. De esta forma es que puede conseguirse el control de la velocidad en los motores de inducción de rotor devanado. Pero de menor eficiencia y de poca aplicación
Variadores para motores de CA
Los variadores de frecuencia permiten controlar la v elocidad tanto de motores de inducción (asíncronos de jaula de ardilla o de rotor devanado), como de los motores síncronos mediante el ajuste de la frecuencia de alimentación al motor. Para el caso de un motor síncrono, la velocidad se determina mediante la siguiente expresión: Ns= 120.f/p y para motores de inducción se tiene: Nm=(120.f.(1-s))/P, Donde: Ns =velocidad síncrona (rpm), Nm=velocidad mecánica (rpm), f=frecuencia (Hz); s= deslizamiendo(adimensional); P= No. De polos.
Estos variadores tienen la razón Voltaje/ Frecuencia (V/Hz) constante entre los valores mínimo y máximos de la frecuencia de operación, con la finalidad de evitar la saturación magnética del núcleo del motor y además porque el hecho de operar el motor a un voltaje constante por encima de una frecuencia dada (reduciendo la relación V/Hz) disminuye el par del motor y la capacidad del mismo para proporcionar potencia constante de salida.
CONTROL DE VELOCIDAD EN MOTORES ELECTRICO
La regulación de la tensión se consigue disponiendo de una resistencia regulable en serie con el inducido, pudiendo servir para ello el reóstato de arranque. Regulación por acoplamiento de motores:
Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios motores como ocurre en tracción eléctrica.
Locomotora que dispone de seis motores serie que emplea las conexiones siguientes:
Serie: 6 motores acoplados en serie, por lo que a cada motor se aplicará 1/6 de la tensión de red, y los motores girarán a la velocidad más reducida. Serie-paralelo: Formada por dos ramas de 3 motores en serie, y éstas a su vez en paralelo. La tensión aplicada a cada motor será de 1/3 de la tensión de red, por lo que el motor girará a mayor velocidad que en el caso anterior. Paralelo: Formada por 3 ramas de 2 motores en serie. y éstas a su vez en paralelo. La tensión que se aplica a cada motor es 1/2 de la tensión de red.
Grupo Ward-Leonard:
Es un sistema para regular la velocidad, por variación de tensión. Muy utilizado principalmente para trabajos duros, que consume potencias elevadas. El grupo Ward-Leonard, está compuesto por las siguientes máquinas: Grupo convertidor corriente alterna/continua, compuesto por un motor trifásico de corriente alterna y un generador de corriente continua de excitación independiente.
El motor de corriente continua o de trabajo, de excitación independiente
Una excitatriz para alimentar los circuitos de excitación, si bien puede ser sustituido por un rectificador, por ser este último el que ha reemplazado ventajosamente a la excitatriz. La regulación del flujo inductor puede conseguirse por: Control reostático en el circuito inductor: Según la expresión de la velocidad, ésta puede variar en razón inversa al flujo, de forma que otro procedimiento de regular la velocidad de un motor es variando la corriente de excitación. La variación de corriente de excitación se logra intercalando un reóstato en serie con el devanado de campo en el motor derivación, y en paralelo en el motor serie.
APLICACIONES DE CONTROL DE LAZO CERRADO Se supervisa y mantiene la variable o variables de salida. Ejemplos: Control de temperatura Control de presion Control de humedad Control de motores
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REGULADOR
SISTEMA A CONTROLAR
REALIMENTACION DE VARIABLES DE SALIDA Y DE CONTROL
EJEMPLO: CONTROL EN LAZO ABIERTO DE UN MOTOR DE CONTINUA MEDIANTE UN MICROCONTROLADOR COP8782 DE NATIONAL
EJEMPLO: CONTROL EN LAZO CERRADO DE UN MOTOR DE CONTINUA MEDIANTE UN MICRO PIC18C452 DE MICROCHIP
