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Tecnologías para el Control
de Motores de Inducción

Los motores eléctricos son, sin lugar a dudas, uno de los mayores consumidores de energía eléctrica a nivel industrial. En una industria típica, su consumo ronda el 60% del total, incluso alcanzando en ciertas actividades niveles cercanos al 85%. Los costos de operación y de mantenimiento de los motores de inducción pueden ser reducidos sustancialmente, si son seleccionados apropiadamente para la tarea específica que desempeñarán, junto a elegir el accionamiento adecuado para comandarlo.

En la selección de los motores, es práctica común especificar valores nominales superiores a los realmente necesarios para satisfacer las demandas de las cargas. Al no operar en condiciones nominales, esta elección resulta en baja eficiencia, mayores costos de equipos de accionamiento, mayores costos de instalación y bajo factor de potencia, incrementando, por ende, los costos de operación y las pérdidas energéticas.

El uso de un accionamiento electrónico para controlar la operación de los motores de inducción permite ajustar la operación de la máquina a las condiciones de la carga, aumentando la eficiencia energética, al disminuir las pérdidas y, por consiguiente, los costos de operación.

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Motor de inducción

Conseguir este control significa un control preciso de la operación con sofisticada tecnología electrónica. Los VDF ("Variable Frecuency Driver") se han desarrollado a la par a los conmutadores electrónicos de potencia (IGBT, MOSFET, Transistores de Potencia), logrando características de alta eficiencia, robustez, confiabilidad y flexibilidad de manejo de los motores. Una aplicación típica significa un sistema retroalimentado de control para la velocidad o del torque.

Los VDF modernos, integrando conmutadores electrónicos de alta frecuencia, logran producir tensiones trifásicas sinusoidales de magnitud y frecuencia controlada, además de controlar la forma de la corriente entregada. Por esta razón, es posible monitorear la velocidad y el torque de la máquina de inducción, ajustando estas variables a las requeridas por la carga mecánica y reduciendo considerablemente (hasta en un 25%) las pérdidas de energía de operación.

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Jaula de Ardilla

Los algoritmos de control, implementados en microcontroladores de alta integración, se ajustan a dos técnicas. La más simple, denominada "Control Escalar", se basa fundamentalmente en mantener una relación constante entre la tensión y la frecuencia de alimentación al motor.

La otra se llama "Control Vectorial" o "de Campo", en la que se descompone la corriente del estator en aquella componente que produce el flujo magnético y aquella que se relaciona con la corriente por el rotor. Mediante algoritmos matemáticos programados en el microcontrolador y manejando la acción de los conmutadores, se controla en forma separada el flujo y corriente de rotor. Con esto, se logra transformar, para propósitos de operación y control, la máquina de inducción en una máquina de corriente continua de excitación separada. Las ventajas de esta tecnología de control son: mayor eficiencia energética de la máquina, control desacoplado de velocidad y torque, y optimizar la respuesta dinámica.

Para descomponer las corrientes en las de flujo y torque, se debe conocer la posición del flujo magnético en tiempo real, lo que exige conocer laduoc4.gif (16171 bytes) velocidad exacta del rotor, magnitudes de las corrientes de estator y magnitudes de las tensiones del estator. Las primeras aplicaciones resolvieron esta exigencia con transductores de posición o encoders; sin embargo, en la actualidad, se usa una tecnología que elimina la necesidad del sensor, midiendo las corrientes del estator y estimando los parámetros eléctricos estáticos y dinámicos del motor mediante sofisticados algoritmos matemáticos. Con esta técnica, denominada "mapeo del motor", se pueden encontrar los parámetros electromecánicos dinámicos del motor para ajustar la alimentación con punto de operación.

Con el Control Vectorial, se logra un amplio control del motor de inducción, permitiendo mantener un valor de torque desde velocidad cero a la nominal (incluso por sobre ésta); trabajar a potencia constante; alcanzar velocidades menores y sobre las nominales; acelerar y desacelerar siguiendo una consigna preprogramada, incluso controlar la posición y el par. Como consecuencia, se eleva le eficiencia en la operación del motor, logrando ahorros de energía de un 20% o más.

Recomendaciones para sistemas VDF

Las siguientes acciones mejoran la calidad de los sistemas con VDF:

Instalar reactores en la línea para reducir el impacto de los transitorios y de las armónicas en la línea.

Mantener una distancia no mayor de 12 metros entre el VDF y el motor para reducir la generación de sobretensiones.

Separar las líneas de energía de las líneas de señal para minimizar la interferencia electromagnética.

Utilizar supresores de tensiones transitorias para proteger la electrónica de los equipos, además de evitar pulsos de comando espurios.

duoc5.gif (4925 bytes) Por Luis Camilla, Director de las carreras de Ingeniería en Electricidad y Electrónica e Ingeniería en Automatización de Procesos Industriales en el DuocUC Antonio Varas.
www.duoc.cl
Junio 2010
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Comentarios acerca de este artículo
Daniel Soto Frontel Ltda (09/07/2010)
Gracias por el artículo , muy bueno ,¿cómo solucionar el problema de distancia , cuando el variador de frecuencia se encuentra a más de 12 mts?
Antonio Otero Urzola solemecs (08/07/2010)
exelente artculo. y que pasa cuando estos motores tienen instalados arrancadores Suaves. o el sistema es unico para motores mono fasicos..
Gracias
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