“CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES ASÍNCRONOS”

“Trabajo Final de Electrónica de Potencia” ”

Profesor : Sr. Roberto Canque.

Autor :

Víctor Domingo Fredes Jerez

Escuela Universitaria de Ingeniería Eléctrica - Electrónica

Julio de 2015

RESUMEN

En la presente obra, se efectúa el análisis de la electrónica de potencia, algunos de sus

componentes y se revisan los convertidores básicos según su tipo de conversión de la

energía.

También se estudia el motor de inducción de jaula de ardilla. Muy utilizado en la

industria, debido a sus características de desempeño a velocidad constante, su robustez y

principalmente a su poca necesidad de mantenimiento. Se analiza su construcción y sus

principales características relacionadas a su desarrollo de velocidad y a los parámetros

que inciden en ella.

Se finaliza revisando los convertidores usados para regular la tensión de fuentes de ca

para el control de partida principalmente de los motores de inducción, y los convertidores

de velocidad para controlar el régimen constante a distintas velocidades de los motores,

entre ellos los sistemas de control escalar, control vectorial directo e indirecto y forma de

retroalimentar los convertidores para mantener los requerimientos necesarios en las

máquinas en las cuales son aplicados.

Palabras Claves: Electrónica de potencia, convertidores, motores de inducción, control

vectorial, control escalar.

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INDICE DE CONTENIDO

RESUMEN ...................................................................................................................................................... I

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1

1.1 MOTIVACIÓN ............................................................................................................................................ 1

1.2 OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................................. 2

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................................... 2

1.4 ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO ............................................................................................................... 2

CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 3

2.1 CONVERSORES ELECTRONICOS DE POTENCIA. ......................................................................................... 3

2.1.1 TIPOS DE CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE

POTENCIA. ................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

2.1.2 DISEÑO DE EQUIPO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ......................... ¡Error! Marcador no definido.

2.1.3 DETERMINACIÓN DEL VALOR CUADRÁTICO MEDIO DE LAS FORMAS DE ONDA.¡Error! Marcador

no definido.

2.1.4 EFECTOS PERIFÉRICOS........................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

CAPITULO 3. EL MOTOR DE INDUCCIÓN ASÍNCRONO. ........................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

3.1 MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO ................................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

3.1.1 INTRODUCCIÓN.................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

3.1.2 COMPONENTES PRINCIPALES ............................................................ ¡Error! Marcador no definido.

iii

3.1.3 PRINCIPIO DE OPERACIÓN. ................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

3.1.4 EL CAMPO ROTATORIO. ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

3.1.5 DIRECCIÓN DE ROTACIÓN. ................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

3.1.6 NÚMERO DE POLOS-VELOCIDAD SÍNCRONA. .................................... ¡Error! Marcador no definido.

CAPITULO 4. CONVERSORES PARA MOTORES DE INDUCCION ............... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

4.1 CONVERSORES PARA MOTORES DE INDUCCIÓN. ................................. ¡Error! Marcador no definido.

4.1.1 TIPOS DE CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE INDUCCIÓN. .. ¡Error! Marcador no definido.

4.1.2 CONTROLADORES DE VOLTAJE DE CA. ............................................... ¡Error! Marcador no definido.

4.1.3 PRINCIPIO DEL CONTROL DE ENCENDIDO APAGADO. ....................... ¡Error! Marcador no definido.

4.1.4 PRINCIPIO DE CONTROL POR ÁNGULO DE FASE. ............................... ¡Error! Marcador no definido.

4.1.4 CONTROLADORES TRIFÁSICOS DE ONDA COMPLETA. ....................... ¡Error! Marcador no definido.

4.2. PROPULSORES DE CA PARA MOTORES DE INDUCCIÓN. ...................... ¡Error! Marcador no definido.

4.2.1. CONTROL EN LAZO CERRADO DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN. .... ¡Error! Marcador no definido.

4.2.2. CONTROL VECTORIAL. ....................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES. ................................................................ ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

5.1 CONCLUSIONES ..................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

1.1 MOTIVACIÓN

La llamada “Guerra de las Corrientes”, desarrollada en 1880 marcó un antes y un después

en la industria de generación, distribución y utilización de la electricidad. Más allá de la

pelea encarnizada entre empresarios defendiendo sus negocios respaldados por mentes

brillantes de la época, este suceso fue el punto de inflexión en el desarrollo de la

tecnología de las máquinas motrices usadas en las fábricas desde la segunda revolución

industrial hasta hoy en día. Así como en aquellos años, la corriente alterna demostró ser

la vía más efectiva para generar y distribuir la energía eléctrica, fue la corriente continua la

que ganó la batalla como energía motriz de las industrias. El motor de corriente continua,

debido a su sencillo control de velocidad, es todavía utilizado en variadas aplicaciones. No

obstante, el motor de inducción creado por el artífice de la Generación y distribución de la

corriente alterna, el nacido en la actual Croacia Nikola Tesla, ha demostrado ser

adecuado para aplicaciones de la industria pero con menores costos de mantenimiento y

sistemas aún más sencillos de control, todo esto en clara ventaja al motor de continua,

pero con la condicionante de trabajar en velocidades fijas, definidas principalmente por

sus aspectos constructivos.

Figura 1.1: Relación entre electrónica de potencia, potencia, electrónica y control.

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1.2 OBJETIVO GENERAL

El objetivo principal del presente trabajo es presentar al lector los distintos dispositivos

usados en la actualidad para controlar la velocidad de los motores de inducción

asíncronos, y la forma en la cual el control se lleva a cabo.

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Conocer los principios de funcionamiento del motor de inducción asíncrono.

Revisar los sistemas de control de velocidad electrónicos aplicados en el motor de

inducción.

1.4 ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO

El presente documento está organizado de la siguiente forma: en el Capítulo II se

presenta el marco teórico de conversores electrónicos de potencia. En el Capítulo III se

describe el motor de inducción asíncrono, sus principios de funcionamiento y su control de

velocidad. En el Capítulo IV se efectúa una revisión de las distintas soluciones de control

de velocidad asociadas a máquinas cuya fuente motriz es un motor de inducción

asíncrono. Finalmente en el Capítulo V se presentan las conclusiones.

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CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO

2.1 CONVERSORES ELECTRONICOS DE POTENCIA.

Entre los años 1950 y 1960, el mundo de la electrónica vive dos de los hitos que

marcarían el desarrollo de la industria hasta hoy en día; primero, John Bardeen y Walter

Brattain desarrollaron el transistor de punta de contacto, mientras que a William Shockley

se le atribuye el desarrollo del transistor de unión, ambas investigaciones hechas en

conjunto en los Laboratorios Bell de la AT&T. El mismo equipo de trabajo, el año 1956,

introdujo el transistor de disparo PNPN, llamado tiristor o rectificador controlado de silicio,

SCR.

Figura 2.2:(De izq. A der.) John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain, inventores del transistor, Laboratorios Bell, AT&T, 1948.

El segundo hito tiene lugar en los laboratorios de General Electric Company, en el año

1958, cuando se desarrolla el primer tiristor comercial. Desde estos descubrimientos, la

electrónica cruza la frontera de trabajar sólo con señales y se adentra en controlar la

energía de las principales máquinas utilizadas en las instalaciones industriales.