El control de par en motores DC es una técnica fundamental para optimizar el rendimiento y la precisión de sistemas que requieren un control preciso del movimiento. Este artículo explora los conceptos clave del control de par en motores DC, incluyendo cuándo es necesario, cómo funciona el control directo de par (DTC) y cómo se mantiene el par en un motor DC. Profundicemos en los detalles para que puedas comprender mejor esta técnica y sus aplicaciones.
¿Cuándo Se Necesita Control de Par?
El control de par es especialmente útil en aplicaciones donde se busca lograr una reducción de pared específica. Algunos ejemplos son:
- Aplicaciones de intercambio de calor : El control de par asegura la repetibilidad y consistencia, evitando fugas en los tubos debido a un exceso de rolado.
- Aplicaciones de rolado directo en calderas : El control de par permite un rolado preciso, evitando daños en los tubos.
Sin embargo, en aplicaciones de calderas de tubos de fuego o de tubos de agua, el control de par no suele ser necesario. Esto se debe a que las operaciones de acampanado y formación de rebordes se realizan visualmente o por tacto, en lugar de buscar una reducción de pared específica. Si se utiliza un motor con control de par en estas aplicaciones, es probable que el motor se apague antes de que la operación se complete, lo que resulta en acampanados y rebordes inconsistentes. Además, los motores de tipo de bloqueo son generalmente más ligeros, más cortos y menos costosos que las opciones de control de par. Por lo tanto, pueden ser una opción más fácil y económica para los talleres de calderas que tener que lidiar con una opción de control de par.
Los motores con control de par son una excelente opción para aplicaciones de intercambio de calor o situaciones donde se desea que un tubo se ruede hasta una reducción de pared específica. Esto se debe a que el motor se detendrá una vez que se alcance el par deseado. Sin embargo, en las aplicaciones de calderas, el control de par puede no ser adecuado porque los tubos generalmente se ruedan visualmente o por tacto. En ese caso, un motor de par de bloqueo sería la solución ideal para evitar que el motor se detenga prematuramente.
Control Directo de Par (DTC) en Motores DC
El control directo de par (DTC) es una técnica que permite controlar de forma instantánea y desacoplada el flujo magnético del motor y su par electromagnético. El control directo del par permite una regulación precisa de la velocidad, tanto estática como dinámica.
Los componentes principales del subsistema DTC son:
- Cálculo del Flujo y el Par : El flujo del estator se estima integrando las tensiones del estator, y el par se calcula en base al flujo estimado y las corrientes del motor.
- Regulador de Velocidad : El regulador compara la velocidad real del motor con la referencia de velocidad y genera la referencia de par.
- Control de Histéresis : La magnitud del flujo calculado y el par se comparan con los valores de referencia. Cuando el error de flujo o par resultante cruza el valor positivo o negativo de la banda de histéresis, se activa una señal de control para corregir el error.
- Conmutación Óptima : Los pulsos al inversor del motor se generan en base a las señales de control generadas por el control de histéresis y la posición del flujo del estator.
El siguiente diagrama ilustra la estrategia utilizada para determinar el mejor vector de voltaje cuando el flujo del estator se encuentra en el sector 0.
Tabla Comparativa de Vectores de Voltaje
| Caso | Acción de Control | Vector de Voltaje |
|---|---|---|
| 1 | Aumentar el par, Flujo constante | V3 |
| 2 | Aumentar el par, Aumentar el flujo | V2 |
| 3 | Reducir el par, Aumentar el flujo | V6 |
| 4 | Reducir el par, Flujo constante | V5 |
Cuando el vector de flujo del estator se mueve al sector 1, los vectores de voltaje seleccionados se convierten en V4 para el caso 1, V3 para el caso 2, V1 para el caso 3 y V6 para el caso Los vectores V2 y V5 no se utilizan en este sector. Este desplazamiento de 60 grados en los vectores de voltaje ocurre cada vez que el vector de flujo del estator ingresa a un nuevo sector.
Mantenimiento del Par en un Motor DC
Un motor DC tiene varias ventajas, como la variación de par y velocidad.
Par
Un motor eléctrico es, en esencia, un dispositivo que convierte energía eléctrica en energía mecánica. El par es la fuerza de giro que produce la rotación del eje de salida. Los motores DC pueden desarrollar un par constante en un amplio rango de velocidades.
En un motor DC, el par es proporcional a la corriente de armadura. Esto significa que controlar el par simplemente requiere controlar la corriente DC del motor, lo que se puede lograr fácilmente con un simple accionamiento DC.
Variación de Velocidad
La velocidad del motor DC se puede variar cambiando la tensión de campo, la tensión de armadura o una combinación de ambas. Si el motor funciona a una velocidad base de 2000 rpm y una tensión de armadura de 500 V, al reducir la tensión de armadura a 250 V, el motor funcionará a 1000 rpm.
Si controlamos la tensión de armadura manteniendo una excitación de campo shunt constante, el motor DC desarrollará el par nominal a la corriente nominal de armadura independientemente de la velocidad. Esta operación se conoce como operación de par constante.
Sin embargo, si controlamos la tensión aplicada al campo shunt utilizando un controlador de campo, también controlaremos la velocidad del motor. Reducir la tensión al campo shunt disminuye la corriente de campo, lo que reduce el flujo de campo y permite que la velocidad del motor aumente.
No se puede aumentar la tensión de campo para obtener una velocidad inferior a la velocidad base, ya que esto provocaría un sobrecalentamiento del campo a una corriente superior a la nominal. Los motores DC que funcionan con una tensión de armadura constante y debilitamiento de campo tienen una capacidad de potencia constante en su rango de velocidad. Los valores de velocidad de control de campo varían de 1:1 a 6:
Como se puede observar, utilizar tanto el control de campo shunt como el control de tensión de armadura proporcionará un amplio rango de velocidad. Con el control de campo shunt, un motor DC puede alcanzar velocidades superiores a la velocidad base y producir una capacidad de potencia constante. El control de tensión de armadura se utiliza para velocidades inferiores a la velocidad base, proporcionando una capacidad de par constante.
Una ventaja de utilizar un motor DC con un accionamiento DC es que la energía regenerativa se puede alimentar de vuelta a la red. El accionamiento DC regenerativo (accionamiento de 4 cuadrantes o APSH) es significativamente más barato que un accionamiento AC regenerativo similar. También ocupa menos espacio y tiene una construcción simple.
Si quieres conocer otros artículos parecidos a Control de par en motores dc puedes visitar la categoría Motor.