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Aplicación de accionamiento DC de alta corriente
para control de motores en puentes-grúas con contaminación armónica mitigada

Existe la necesidad de mejorar el rendimiento, velocidad, aceleración y performance a los puentes-grúas utilizados en las mineras de nuestro país, mejorando al mismo tiempo la contaminación armónica y el factor de potencia, junto con realizar una actualización y mejora directa de estos accionamientos utilizando los mismos motores DC existentes. Los accionamientos DC ofrecen muchas ventajas para las nuevas soluciones, especialmente cuando se trata de aplicaciones de regeneración, alta potencia y utilización de motores más pequeños.

¿Cómo mitigar el contenido armónico?

En cualquier industria, es vital la utilización de semiconductores para convertir la corriente AC en DC para alimentar una máquina DC. Al usar el convertidor, se generan armónicas en la red que, a su vez, empeoran el factor de potencia del sistema. La Figura 1 muestra, como ejemplo, una señal con componentes armónicos de segundo y tercer orden, y que la señal total presenta una distorsión respecto a la componente fundamental f. Algo similar sucede con las corrientes armónicas quinta y séptima, generadas con el rectificador de 6 pulsos típico en esta aplicaciones.

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Figura 1: Señal con contenido armónico de segundo y tercer orden.

Algunos de los efectos relacionados con los armónicos son:

La distorsión de voltaje dentro de instalaciones.

Las corrientes excedentes por el neutro.

Los altos niveles de voltaje de neutro a tierra.

Los recalentamientos en transformadores.

Los grandes campos magnéticos que emanan desde transformadores.

La reducción en la capacidad de distribución.

Penalización por bajo factor de potencia.

La reducción del contenido armónico se logra aumentando la cantidad de pulsos con la cual se convierte la corriente AC en DC. Por esta razón, utilizando los mismos accionamientos DC, pero en configuraciones de 12, 18 y 24 pulsos (las más conocidas), se consigue mitigar el contenido armónico del sistema, lo que conlleva a un mejoramiento del factor de potencia.


¿Cómo aumentar la corriente del accionamiento?

En muchos casos la corriente necesaria para mover una máquina DC es mayor que la provista por el accionamiento, por lo que se hace necesaria una conexión especial de dos o más accionamientos para entregar la corriente requerida. Para esto, se debe tener dos o más accionamientos DC conectados en paralelo.


¿Puedo conseguir ambos objetivos al mismo tiempo?

Se puede conseguir un aumento de la corriente para una aplicación especial en conjunto con una disminución del contenido armónico que conlleva al mejoramiento del factor de potencia. La Figura 2 muestra una configuración de 12 pulsos en conexión paralelo aplicable a cualquier proceso de control de una máquina DC. En ella, con una configuración maestro-esclavo, es posible controlar los accionamientos DC desde un computador.

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Figura 2: Configuración de 12 pulsos aplicada a un motor DC.


¿Es posible regenerar con un accionamiento DC?

Sí, es posible trabajar en cuatro cuadrantes (regeneración) con el accionamiento DC, gracias a que cuenta con dos puentes controlados conectados en antiparalelo. La Figura 3 muestra la conexión mencionada que alimenta a una máquina DC.

Con esto, el accionamiento DC se transforma en una herramienta poderosa que se utiliza para reducir el contenido armónico en la red de alimentación, aumentar la corriente de trabajo para satisfacer las necesidades del proceso y también regenerar para hacer más eficiente su desempeño en el área productiva.

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Figura 3: Configuración de cuatro cuadrantes del accionamiento DC.


Algunas características de los accionamientos DC

Aplicaciones típicas: Puente-grúa, grúas y elevadores, bancos de prueba y dinamómetros, elevadores magnéticos, ascensores, neumáticos y caucho, metales, trefilado, papel, sector marítimo, enrolladoras, máquinas de extrusión, vidrio, manipulación de materiales, cabezales, trituradoras y convertidor de potencia bidireccional para sistemas de accionamientos de CA conectados a un bus DC.

Medioambiente: Se puede reutilizar el motor DC existente, y ofrece un alto rendimiento para muchas soluciones de CA. Existen modelos compatibles con RoHS, y cuentan con soluciones de regeneración, desde energía mecánica del motor hacia la red de alimentación. Prácticamente todos los componentes del accionamiento DC se pueden reciclar.

Mejor control de campo: Hoy, los accionamientos DC de quinta generación incluyen un controlador de campo de serie, que permite controlar la mayoría de motores de CC actuales.

Opciones modulares: Los módulos de opciones conectables permiten personalizar el accionamiento DC según las necesidades. Hoy existen muchas opciones, que incluyen desde buses de campo, Ethernet, E/S y otros dispositivos de realimentación hasta controladores de automatización.

idt5.gif (4418 bytes) Artículo gentileza de Ingeniería y Desarrollo Tecnológico S.A. Por Franco Campaña, MSc.,
Ingeniero Civil Electrónico, Ingeniero de
Aplicaciones de Control Techniques en IDT.
fcampana@idt.cl
Abril 2010
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Comentarios acerca de este artículo
Tgo. Paul E Acosta Vega Acsis Tecnologia (05/06/2013)
Muy buen día amigo,cuando controlo la velocidad en un motor trifásico de 1 HP jaula de ardilla de 220 volt AC con un Variador de frecuencia Que tanto puedo corregir el factor de potencia en mi red eléctrica. O bien será necesaria la implantación de un modelo de accionamiento DC en todos los casos?
cristian leonardo alarcon millanguir Estudiante Ing.en Automatizacion Inacap (24/06/2010)
Sr.
Bastante Interesante su articulo,sin duda hoy en dia considerar el factor de armonicos en el diseño electrico ,cuando hay tanta electronica es importantisimo en un proceso.
Se Agradece.

Saludos
Bernardino ARA- Worley Parson (22/06/2010)
Agradeceré información sobre control y accionamiento de puentes grúa de gran capacidad, movidos por motores de cc y con alimentación general en cc
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