Se presenta el Diagrama de Bloques del variador de velocidad de motor DC en el cual presentamos las principales partes que la conforman. Ver figura 8.

 


Figura 8

 

Las partes numeradas se detallan a continuación:

 

#1. Valor de referencia de velocidad ingresando al bloque comparador. Normalmente es un valor de voltaje proporcionado por un potenciómetro o señales normalizadas 0-10V / 4-20mA provenientes de un controlador.

 

#2. Error de velocidad. Es el resultado de la comparación de las señales denominadas valor de referencia de velocidad y realimentación de velocidad.

 

#3. Bloque regulador de velocidad. Reacciona con características proporcional-integral (PI) ante el error de velocidad que recibe a su entrada. La señal 4 es la salida.

 

#4. Valor de referencia de torque. Denominado así porque se compara con la realimentación de corriente, la cual es proporcional al torque que desarrolla el motor.

 

#5. Error de torque. Es el resultado de la comparación de las señales denominadas valor de referencia de torque y realimentación de corriente.

 

#6. Bloque regulador de torque. Reacciona con características proporcional-integral (PI) ante el error de torque que recibe a su entrada. La señal 7 es la salida.

 

#7. Mando disparo de tiristores. Es la señal DC que se transforma en pulsos de disparo luego de ingresar al circuito de disparo. El ángulo de disparo es tal que la potencia DC recibida por la armadura del motor sea la necesaria para mantener la velocidad del motor al valor de referencia deseado.

 

#8. Realimentación de corriente. Es la señal que representa a la corriente de armadura, medida en forma directa por medio de un transformador de corriente DC o en forma indirecta por medio de una resistencia de pequeño valor (resistencia shunt).

 

#9. Realimentación de corriente. Es la señal de medida de corriente de armadura pero en forma indirecta por medio de transformadores de corriente AC ubicados en la entrada de la etapa de potencia. Dicho valor de corriente debe ser rectificado por medio de puente de diodos y transformado en VDC por medio de una resistencia.

 

#10. Realimentación de velocidad. Es la señal de medida de velocidad en forma indirecta por medio de tomar una muestra del voltaje de armadura (ver siguiente ecuación 2-2). Dicho valor tiene un error inherente de velocidad medida debido a la caída Ia ra, razón por la cual el variador pierde precisión al tratar de controlar la velocidad. Para minimizar dicho problema se aplica la técnica de Compensación IxR.

 

#11. Realimentación de velocidad. Es la señal de medida de velocidad en forma directa. El medidor de velocidad se acopla directamente al eje del motor. Existen dos tipos de dichos medidores los que se denominan: Tacogenerador (Dinamo-Tacométrica) y Encoder. El tacogenerador proporciona una señal tipo voltaje analógico DC proporcional a la velocidad del eje del motor y con polaridad dependiendo del sentido de giro. Usar el tacogenerador permite una precisión de velocidad del orden de ± 0,1%. El encoder proporciona cuatro señales digitales desfasadas de a dos, los cuales proporcionan información de velocidad, sentido de giro y posición. Usar el encoder permite una precisión de velocidad del orden de ± 0,01%.

 

 

Se tiene los siguientes ejemplos:

 

a) Las instrucciones desde una estación de control de operador u otra entrada, son enviadas hacia el regulador, ver figura 9. El regulador compara las instrucciones con las realimentaciones de voltaje y corriente y envía la señal apropiada hacia el circuito de disparo. Dicha etapa acondiciona los pulsos de disparo que activarán a los Transistores o tiristores, causando su conducción. En algunos diseños, el regulador y circuito de disparo están unidos en un solo circuito digital.

 


Figura 9

 

La realimentación de voltaje da una indicación de la velocidad del motor, y la corriente indica el torque del motor tal como se vio en la ecuación (1-1) y (1-2) de la primera parte.

 

De dichas ecuaciones y despreciando la caída en la inductancia La se tiene:

 

 

De la ecuación anterior observamos que la realimentación de voltaje de armadura V  es una forma indirecta de medir la velocidad n en el motor.

 

Lo ideal sería medir el valor del voltaje contra-electromotriz Ea pero, eso es imposible, por lo tanto lo mejor es medir el voltaje de armadura aplicado y restar de ella un voltaje igual a la caída Ia ra ; esto es posible gracias a que la caída de voltaje en los extremos de cualquier resistencia es proporcional a la caída en la resistencia de la armadura.

 

Los ajustes típicos en el regulador incluyen: mínima velocidad, máxima velocidad, límite de corriente (torque), compensación IR (carga) y ajuste de la tasa de aceleración.

 

b) Para un control más preciso de la velocidad, un encoder o tacogenerador pueden ser montados en el motor para dar una señal de realimentación, ver figura 10, que es proporcional a la velocidad actual del motor. La calidad de estos y del regulador determina la precisión total del variador.

 


Figura 10

 

En la figura 9 se observa que las bobinas de campo y armadura son alimentadas por circuitos independientes. Generalmente la alimentación que recibe el campo es constante, por lo que se facilita la característica de control de torque, la cual dependerá únicamente de la corriente aplicada a la armadura.

 

En la figura 11 se representa el modo de control mencionado, el cual es del tipo “Control Vectorial” pues se tiene la habilidad de controlar independientemente las corrientes que producen el flujo y torque en un motor con el propósito de controlar con precisión su torque y potencia.

 

El ángulo “d” es de 90° debido a la posición mecánica entre el conmutador y las escobillas, por lo tanto el torque es directamente proporcional a la corriente de armadura (Ia) ya que If es constante. Observe que al aumentar la carga del motor, la velocidad tiende a disminuir y por lo tanto el variador debe ser capaz de proporcionar mayor Ia al motor para compensar dicho incremento de carga y así mantener la velocidad constante.

 


Figura 11

Usualmente, una unidad de potencia de estado sólido convierte la energía AC de la planta a un voltaje DC ajustable. Este voltaje alimenta a la armadura del motor. La velocidad del motor DC varía proporcionalmente al voltaje de armadura asumiendo:

Las características de funcionamiento de los motores DC de excitación independiente y el desarrollo de la electrónica de potencia,

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