introducciÓn a la regulaciÓn de maquinas elÉctricas
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1. Introducción
2. Objetivos de la regulación y accionamiento
3. Partes de un accionamiento
4. Aplicaciones comunes
5. Fases del movimiento en la variación de velocidad
6. Requerimientos del sistema mecánico
7. Sistemas típicos
INTRODUCCIÓN A LA REGULACIÓN DE
MAQUINAS ELÉCTRICAS
Introducción
Introducción
• Aparición del hombre –
esfuerzos físicos.
Introducción
Introducción
• Empleo de animales o
esclavos, prisioneros de
guerra.
• Recursos energéticos como el agua, viento.
Introducción
Introducción
• En el siglo XVIII junto a la revolución industrial – uso de
las maquinas de vapor en procesos industriales.
• Por la
complejidad y
costo solo se
tenia una
maquina en
cada instalación,
mediante ejes,
poleas y correas
se suministraba
energía
mecánica.
• Corriente Continua
• Corriente Alterna
Introducción
Introducción • A fines del siglo XIX dispone energía eléctrica en
forma masiva.
• Se mantenía la estructura – un motor grande.
• Comenzó la
industria de
construcción de
motores de
diferentes
potencias y
velocidades de
acuerdo a la
necesidad
Introducción
Definición de Regulación:
f. Acción y efecto de regular.
Proceso mediante el cual se mantiene
constante una magnitud o condición.
Velocidad
Posición
Torque
Introducción
En los países industrializados, los motores
eléctricos ocupan la primera posición en el
uso de la energía eléctrica.
• 65% de la energía eléctrica es consumida por motores.
• El control produce un incremento en la eficiencia de un 15 a 27%.
• Requiere un costo inicial que tiene una tasa de retorno a corto y mediano plazo.
El estudio de los accionamientos se enfoca al
conocimiento, cálculo, diseño y aplicación:
• las características electromecánicas de los
diferentes tipos de motores
• la carga a ser impulsada y su relación con el
motor
• los elementos de acople entre el motor y la
carga
• los elementos y sistemas de control y
comando necesarios para que el motor
satisfaga los requerimientos de la carga
según las especificaciones de operación
Introducción
Los accionamientos a velocidad variable
permiten optimizar los procesos industriales
reduciendo el gasto de energía y de materias
consumidas.
Persiguen conseguir una determinada
respuesta de un sistema mecánico, que puede
ser:
una velocidad de referencia
un par de referencia
una posición de referencia
Introducción
Introducción
• Los equipos utilizados en la industria moderna
funcionan a velocidades variables.
• Porque conlleva al ahorro de energía, a la
reducción de ruido, al incremento de la vida del
motor y a la posibilidad de diagnostico de fallas.
• Para lograr una adecuada productividad, lograr
una buena terminación del producto elaborado.
• Para garantizar la seguridad de personas y
bienes.
• Por medio del control de motores hacemos que este desarrolle en todo momento el torque y la velocidad necesaria para realizar una tarea específica, aun cuando las condiciones de carga y alimentación varíen.
• El control se concreta en estas dos variables mecánicas la velocidad y el torque, en la practica solo se controla una y la otra viene determinada por la carga.
Introducción
• Con la mayor precisión posible y al mismo
tiempo con la mayor velocidad de
respuesta posible frente a los cambios en
la carga.
• En este sentido, los antiguos sistemas de
control a través de elementos pasivos, han
sido reemplazados por nuevas tecnologías
basadas en la Electrónica de Potencia.
Introducción
• Fijar, variar o mantener la velocidad
• Arrancar y parar con suavidad
• Ajustar parámetros del proceso mecanico
(caudal, presión, etc)
• Sincronizar la velocidad de moteores
• Sincronizar la posición de motores
• Controlar aceleraciones
Objetivos de los accionamientos
eléctricos
Para conseguir este objetivo se utilizan
básicamente 4 sistemas:
• Sistema de regulación o sistemas de control.
• Fuente de alimentación y convertidor
electrónico de potencia.
• Motor eléctrico
• Sistema de transmisión y carga mecánica
Partes de un accionamiento
Partes de accionamiento
SISTEMA
DE
CONTROL
CONVERTIDOR
ELECRONICO
DE POTENCIA
MOTOR
AC / DC MAQUINA
ACCIONADA
ENERGIA
ELECTRICA
Undimotriz
Partes de accionamiento
Un conversor de potencia es un dispositivo
compuesto de interruptores que recibe una
determinada potencia de entrada y obtiene
en su salida una potencia controlada de
acuerdo a los requerimientos de la carga.
La controlabilidad de la potencia se logra
mediante en el encendido y apagado de las
válvulas.
Partes de accionamiento
• Conversores AC/DC
• Conversores DC/AC
• Conversores DC/DC
• Conversores AC/AC
Partes de accionamiento
• Máquinas de Corriente continúa
• Máquinas de Inducción
• Máquinas Sincrónicas
• Máquinas de Reluctancia
• Máquinas Paso a Paso
Partes de un accionamiento
Partes de accionamiento
Los principales factores a considerar para el diseño de
un sistema de regulación de velocidad son:
a) Límites o gama de regulación.
b) Progresividad o flexibilidad de regulación.
c) Rentabilidad económica.
d) Estabilidad de funcionamiento a una velocidad dada.
e) Sentido de la regulación (aumento o disminución
con respecto a la velocidad nominal).
f) Carga admisible a las diferentes velocidades.
g) Tipo de carga (par constante, potencia constante,
etcétera).
h) Condiciones de arranque y frenado.
Partes de accionamiento
Motores de tracción, máquinas herramientas,
extrusoras de plásticos, trenes de laminación,
mecanismos de elevación, transportadores y
elevadores de materiales, equipos de aire
acondicionado, bombas, ventiladores, hornos
rotativos o lineales, embotelladoras, molinos,
agitadores, platos giratorios, embaladoras de
cajas, perforación, cuchillas rotativas, llenado
y sellado (lineal/rotativa), etc.
Aplicaciones comunes
• Procesos industriales
• Maquinaria (prensas molinos…)
• Acondicionamiento de frio y calor industrial (bombas compresores ..)
• Transporte (asesores, trenes, metros…)
• Industria textil
• Industria de alimentos (transporte, ventila..)
• Industria de petróleo, gas y minería
• Residencial (lavadoras…)
Aplicaciones comunes
Fases del movimiento de
la variación de velocidad
Dinámicas
• Control de aceleración
• Tiempos cortos de arranque paro e inversión
• Tiempos cortos en cambio de velocidad
Precisión
• Mantener la velocidad constante
• Suministrar par a bajas velocidades
• Parar en posición
Requerimientos de sistemas
mecánicos
• Momento de inercia de sistemas rígidos
• Movimiento rotativo: aceleración
• Cajas de engranaje o reductores de
velocidad
• Sistemas con movimiento giratorio y lineal
(poleas)
Sistemas típicos