Tema 5 Convertidores ME

CONVERTIDORES PARA MÁQUINAS ELÉCTRICAS

• Introducción• Convertidores máquinas DC

– Rectificadores controlados– Convertidores DC/DC

• Convertidores máquinas AC– Clasificación– Inversores de tensión e intensidad– Motores de rotor devanado– Máquinas síncronas– Cicloconvertidores

• Aplicaciones y métodos de control• Arrancadores estáticos

TEMA 5. CONVERTIDORES PARA M ÁQUINAS ELÉCTRICAS

Control de Máquinas Eléctricas 1

• Accionamiento eléctrico

• Secuencia:– Carga arrastrada

– Red de alimentación

– Motor

– Convertidor

– Sistema de control

• Objetivos:– Proceso

– Respuesta dinámica

– Calidad, confort

– Ahorro energético

INTRODUCCIÓN

Figura 1: Estructura de un accionamiento



CONVERTIDORES MÁQUINAS DE CONTINUA (I)

• Convertidores directos– AC-DC: Rectificadores controlados de tiristores (SCRs)

– Ángulo de encendido

Figura 2: Convertidor AC-DC con tiristores


im

icci

VVv α

πα cos

2cos0 ==


• Rectificador trifásico de onda completa– Ángulo de encendido

– Funcionamiento como inversor

Figura 4: Motor de continua con rectificadores trifásicos


Figura 3: Rectificador trifásico de onda completa

im

icci

VVv α

πα cos

33cos0 ==

Figura 5: Funcionamiento en dos cuadrantes


CONVERTIDORES MÁQUINAS DE CONTINUA (II)

• Convertidores DC-DC– Convertidores DC-DC autoconmutados:

IGBT, MOSFET

– Ciclo de trabajo

– Rizado de la intensidad– Funcionamiento en 2 y 4 cuadrantes

Figura 7: Convertidor DC-DC de 4 cuadrantes

Figura 8: Control PWM con fuente de tensión


Figura 6: Convertidor DC-DC de 2 cuadrantes

SSON

cc VkVT

tV ==


CONVERTIDORES MÁQUINAS DE CONTINUA (III)

• Control con realimentación de velocidad– Objetivo

– Realimentación

– Controlador

• Proporcional

• P + I

– Circuito de disparo

• Rectificador (α)

• Chopper (k)

Figura 9: Regulación de velocidad



CONVERTIDORES MÁQUINAS DE CONTINUA (IV)

• Convertidores electrónicos– Objetivos

– Realimentación

– Control de velocidad

• Referencia ω

– Control de corriente

• Referencia Ii

• Rizado

– Regulación de campo

• Saturación a baja ω

Figura 10: Realimentación de velocidad y corriente



CONVERTIDORES MÁQUINAS DE CONTINUA (V)

• Clasificación Funcional

– AC/DC : Rectificadores

– DC/DC: Reguladores, chopper

– DC/AC: Inversores, onduladores

– AC/AC: Cicloconvertidor, regulador de alterna

• Aplicaciones– Variador de frecuencia

– Convertidores de rotor

– Cicloconvertidores

CONVERTIDORES PARA MÁQUINAS DE ALTERNA

Figura 11: Convertidor de frecuencia



CONVERTIDORES DE FRECUENCIA

Figura 12: Cuadro comparativo de convertidores de frecuencia para máquinas de alterna



• Inversor trifásico de onda completa

– Salida por bloques

– Secuencia de disparos

– Regulación de frecuencia

– Tensión de salida de línea


Figura 14: Tensión de salidaFigura 13: Inversor trifásico de tensión

++−−=

=−= ∑=

...11 sen11

17 sen

7

15 sen

5

1 sen

32

sen6

cos14

...5,3,1

ttttV

v

tnn

n

Vvvv

SRS

n

SSNRNRS

ωωωωπ

ωππ


INVERSOR DE TENSIÓN. SALIDA POR BLOQUES (I)

• Variación VDC

– VDC = VDC0 cos α

– Ancho pulso salida ( 120º )

• Variación ancho pulso– Simétrico

– Reactiva, armónicos

INVERSOR DE TENSIÓN. SALIDA POR BLOQUES (II)

Figura 15: Salida por bloques



• Topología

• Regulación de frecuencia– Conmutaciones

• Regulación de amplitud– Inductancia

– Sobretensiones

INVERSOR CON FUENTE DE INTENSIDAD

Figura 16: Inversor CSIFigura 18: Secuencia

transitoria de conmutaciónFigura 17: Tensión,

intensidad



MOTOR DE ROTOR DEVANADOCONTROL DEL DESLIZAMIENTO

Figura 19: Regulación por Resistencia rotórica

Figura 20: Regulación continua con dispositivo electrónico

( ) ( )[ ]

( )

( )

++±

=

++±=

+++=

22

2

2

22

2

2

22

22

22

1

2

3

/

/3)(

XXRR

VT

XXR

Rs

XXsRR

sRVsT

THTHTHS

THiMAX

THTH

MAX

THTHS

THi

ω

ω



MOTOR DE ROTOR DEVANADO.RECUPERACIÓN DE DESLIZAMIENTO

Figura 21: Grupo Kramer estático. Recuperación de la potencia de deslizamiento. Características mecánicas.

• Potencia de deslizamiento

• Potencia del convertidor

• Frecuencia de funcionamiento



MOTOR DE ROTOR DEVANADO. FRENADO REGENERATIVO

• Frenado regenerativo

• Funcionamiento subsíncronoe hipersíncrono

Figura 22: Grupo Scherbius estático con convertidor reversible

Figura 23: Cicloconvertidor. Funcionamiento básico.



MOTOR SÍNCRONO. CONTROL EN LAZO ABIERTO

Figura 24: Regulación de velocidad en lazo abierto.

• Regulación en lazo abierto

• Frenado regenerativo: Cicloconvertidores.

• Limitación de variación de velocidad: transitorios de sincronización.



MOTOR SÍNCRONO. CONTROL EN LAZO CERRADO

Figura 25: Regulación de velocidad en lazo cerrado.

• Motor síncrono autopilotado:

• Medida de posición: Sincronización de campos magnéticos.

• Convertidor de corriente. Balance de potencia



• Convertidores AC/AC

– Entrada a V, f ctes

– Salida a V, f variables

– Límites operativos

– Secuencia de disparos

– Armónicos e interarmónicos

CICLOCONVERTIDORES (AC/AC)


Figura 27: Cicloconvertidor trifásico (Esquema para una fase)

Figura 26: Cicloconvertidor monofásico


• Arranque– Inercia mecánica

– Valores I1– Rampas

• Parada– Inercia, intensidades

– Generador - freno

– Resistencia de frenado

• Cambios de consigna– Límites de respuesta

ARRANQUE Y TRANSITORIOS MECÁNICOS

Figura 28: Rampas de aceleración

Figura 29: Resistencia de frenado



• Rampas de variación de f– Arranque

– Parada

– Cambios ωref

• Refuerzo de par– Ajuste dinámico

– Valor de Id

• Limitador de corriente– Márgenes de seguridad

• Compensación de s– Modelo de ajuste

CONTROL Y TRANSITORIOS

Figura 30: Bloques de control

Figura 31: Compensación deslizamiento



• Pérdidas– Conmutación

– Armónicos de corriente

– Circuito magnético

– Mecánicas

– Reactiva

• Frecuencia de conmutación– Pérdidas

– Interarmónicos

RENDIMIENTO DE LOS CONVERTIDORES DE FRECUENCIA

Figura 32: Rendimientos globales (110 kW)

Figura 33: Selección frecuencia de conmutación



• Principio de funcionamiento

• Aplicaciones

• Par de arranque

• Tiempo de arranque

• Estructura y conexiones

ARRANCADORES ESTÁTICOS



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