- Un convertidor es un dispositivo que permite controlar la conversión de energía entre una fuente y una carga con alta eficiencia. Por tanto un convertidor debe ser un dispositivo que manipule energía pero que no la consuma o que esta sea lo más mínima posible. CONVERTIDORES AC-AC Definición Es un convertidor que controla la tensión, la corriente y la potencia media que entrega una fuente de alterna a una carga de alterna. Funcionamiento: Interruptores electrónicos conectan y desconectan la fuente a intervalos regulares. Esta conmutación se produce mediante un esquema denominado control de fase que tiene como efecto eliminar parte de la forma de onda de la fuente antes de alcanzar la carga. Inconvenientes de estos convertidores Al igual que los rectificadores presentan problemas con las corrientes armónicas que se produce por la distorsión de la onda senoidal en la carga.
- Los controladores AC-AC tienen como funcionalidad suministrar tensión y corriente alterna variable a partir de una fuente alterna. Su operación se basa en la conexión y desconexión a intervalos regulares de la fuente sobre la carga. Este convertidor esta conformado por dos semiconductores de potencia colocados en antiparalelo que controlan la conexión de la fuente en cada semiciclo. Por el tipo de componente de potencia que se utiliza en su construcción se clasifican en dos tipos: Controlado (SCR o TRIAC) y Semi controlado (SCR y Diodo).
1
2
Límite de Controlabilidad Como la operación de este convertidor electrónico se basa en la operación no simultánea de las componentes electrónicas, esto se alcanza al cumplir la condición: El límite de controlabilidad del puente se obtiene para el rango de ángulo de encendidos comprendidos en el intervalo: 3
- El factor de distorsión armónica (THD) para la simulación en tensión es: 0,4582 y en corriente: 0,3265. - La tensión efectiva para este ángulo de disparo es de: 108;1223V y la corriente efectiva es: 1;0014A. - Este puente no se puede utilizar para el control de máquinas eléctricas debido a la componente de continua en tensión ocasionaría la saturación del circuito magnético del convertidor electromagnético.
Puente Controlado Monofásico
Este puente se construye con dos tiristores en antiparalelo o un triac. 4
La ventaja al utilizar un triac es que debido a que ambos tiristores se fabrican sobre la misma pastilla de silicio sus características son idénticas lo cual origina que el control de los semiciclos positivos y negativos sean idénticos eliminando cualquier componente de continua sobre la carga y fuente. Al utilizar dos tiritores en antiparalelo como sus características no son idénticas sobre la carga pueden aparecer pequeñas diferencias en los semiciclos originando la aparición de una componente DC.
5
- Entre las características de este puente se puede destacar: los tiristores no conducen simultáneamente, la tensión sobre la carga es la misma de la fuente cuando alguna de las dos componentes se encuentra en conducción y nula cuando están apagadas. - La corriente y tensión media sobre la carga y fuente son nulas si la operación del puente es simétrica para ambos semi ciclos. - La corriente media sobre cada semiconductor no es nula debido a que su operación es unidireccional y su corriente eficaz por la simetría, corresponde a 1/√ de la de la carga. - El factor de distorsión armónica (THD) para la simulación en tensión es: 0,7726 y en corriente: 0,2589. - La tensión efectiva para este ángulo de disparo es de: 93,859V y la corriente efectiva es: 0,7496A. - Este puente para la misma carga y ángulo de disparo presenta mayor distorsión armónica que el semi controlado.
6
Límite de Controlabilidad El funcionamiento de este convertidor electrónico se basa en la operación no simultánea de las componentes electrónicas, esto se alcanza al cumplir la condición:
El valor límite de controlabilidad se alcanza cuando que corresponde al ángulo de apagado crítico para pasar de operación no continuada a continuada. En esta condición si evaluamos la expresión del angulo de apagado, se obtiene:
La expresión
para cualquier valor de
decir que para que la expresión se anula en
es positiva y esta acotada en el rango [1;2], es y es negativa para valores de
que el ángulo de apagado es menor que el ángulo límite de operación no continuada del puente.
indicando
. Esta condición garantiza
El límite de controlabilidad del puente se obtiene para el rango de ángulo de encendidos comprendidos en el intervalo:
7
La corriente efectiva por cada tiristor se obtiene por superposición como:
Como cada uno de los tiristores conduce en intervalos de tiempo iguales:
8
El factor de distorsión armónica (THD) para la simulación en tensión es: 0,7202 y en corriente: 0,1580. La tensión efectiva para este ángulo de disparo es de: 322,5936V y la corriente efectiva es: 10,0788A.
9
MOTORES DE INDUCCION
El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: de jaula de ardilla; bobinado, y un estátor, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:
Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento. Una característica importante del motor asíncrono es que la velocidad de trabajo depende de la frecuencia de la red donde se lo conecta. Un motor asíncrono nunca supera esta frecuencia.
10
Partes del motor
ESTÀTOR: Un estátor es una parte fija de una máquina rotativa, la cual alberga una parte móvil (rotor). En los motores asíncronos trifásicos, tienen un bobinado distribuido en ranuras a 120º. Tienen tres bobinados en el estator, estos bobinados están desfasados 2 π/ (3P), siendo P el número de polos de la maquina ROTOR: El Rotor es el componente que gira (rota) en una máquina eléctrica, generalmente montada en un eje. En los motores asíncronos existen dos tipos, jaula de ardilla o rotor bobinado: Jaula de ardilla: en su interior contiene barras conductoras a lo largo ,de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. Los bobinados inductores en el estator de un motor de inducción instan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. Los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotor para reducir ruido y para reducir las fluctuaciones del esfuerzo de torsión que pudieron resultar, a algunas velocidades, y debido a las interacciones con las barras del estator. El número de barras en la jaula de la ardilla se determina según las corrientes inducidas en las bobinas del estator y por lo tanto según la corriente a través de ellas. Las construcciones que ofrecen menos problemas de regeneración emplean números primos de barras. El núcleo de hierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. Su estructura y material se diseña para reducir al mínimo las pérdidas. Las láminas finas, separadas por el aislamiento de barniz, reducen las corrientes parásitas que circulan resultantes de las corrientes de Foucault. El 11
material, un acero bajo en carbono pero alto en silicio, con varias veces la resistencia del hierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo de carbono le hace un material magnético suave con pérdida bajas por histéresis.
Rotor bobinado: El motor de rotor bobinado tiene un rotor constituido, en vez de por una jaula, por una serie de conductores bobinados sobre él en una serie de ranuras situadas sobre su superficie. De esta forma se tiene un bobinado en el interior del campo magnético del estátor, del mismo número de polos (ha de ser construido con mucho cuidado), y en movimiento. Este rotor es mucho más complicado de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla, pero permite el acceso al mismo desde el exterior a través de unos anillos que son los que cortocircuitan los bobinados. Esto tiene ventajas, como la posibilidad de utilizar un reóstato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de arranque, así como el reducir la corriente de arranque.
Carcasa: Es la cobertura del estator y la parte visible del motor, su función es la de proteger al bobinado y al 12
rotor. También sirve para disipar el calor del motor, mediante ranuras que toman temperatura mientras el motor trabaja, y la circulación de aire (ya sea de forma natural o por un extractor) las enfría, logrando refrigerar el motor. Puede proteger al motor de distintos agentes externos según las normas de seguridad que cumpla: Placa de un motor asíncrono: En esta placa vemos que es un motor trifásico porque usa tres fases, que trabaja con una frecuencia de 60 Hz, que entrega 2900 rpm, que tiene una protección IP54 y que tiene una potencia nominal de 15 kw, esta potencia es la potencia mecánica que entrega el motor en el cabo del eje, pero no la absorbida desde la red eléctrica, la cual será mayor por efecto de rendimiento y factor de potencia. Clases de aislamiento: El motor al trabajar comienza a tomar temperatura y los bobinados deben mantenerse aislados, por lo que hay que colocar un barniz que aislé al motor de acuerdo al trabajo que va a realizar o a la temperatura que va a tomar el bobinado. Estas aislaciones están escandalizadas según la el tipo de motor. Clases de conexiones: El motor se puede conectar de dos maneras básicas de conectar un motor asíncrono trifásico, en triángulo o en estrella, dependiendo de la tensión que soporta el motor, la conexión en estrella aprovecha solo 220 v (en el sistema argentino), y la conexión en triangulo aprovecha los 380v. Para realizar la conexión en estrella conectamos el final de todas las fases juntos, para la conexión en triángulo conectamos el final de una fase con el comienzo de la otra y el final de esa con el comienzo de la tercera y el final de esa tercera con el comienzo de la primera. Cambio de sentido de giro Intercambiano de lugar dos de las fases, cambia el sentido de giro de campo magnético de estator y por lo tanto el sentido de giro del motor
13
