Autotransformadores

8. Control de Máquinas Eléctricas 1
Gran parte del amplio uso que tienen las máquinas eléctricas en la actualidad se encuentra avalado por la confiabilidad y eficiencia en la operación de estas máquinas. Esta eficiencia está directamente relacionada con las metodologías de control asociadas a las máquinas eléctricas, en especial a los motores, cuya presencia en al ámbito industrial esparticularmente relevante. Los sistemas de control de motores eléctricos se encuentran orientados a regular, según sea el caso la velocidad o el torque de la máquina, con la mayor precisión posible y al mismo tiempo con la mayor velocidad de respuesta posible frente a los cambios en la carga. En este sentido, los antiguos sistemas de control a través de elementos pasivos, han sido reemplazados por nuevastecnologías basadas en la Electrónica de Potencia. La electrónica de potencia permite controlar, a través del encendido y apagado de interruptores, ya sea los voltajes o las corrientes de armadura y campo de la máquina de modo de controlar directamente el torque y la velocidad. Adicionalmente, es posible también controlar las condiciones a la partida de los motores de modo de obtener un arranque"suave", que beneficie la vida útil de las máquinas y minimice el impacto que percibe la red eléctrica al conectarlas como cargas. En la actualidad, la investigación de sistemas de control está orientada no sólo a los parámetros de desempeño mencionados sino que además se pretende encontrar mecanismos eficientes que permitan determinar cuando la máquina sufre fatigas y requiere de mantención sinnecesidad de esperar a que se produzca una falla. En el presente capítulo se describen las principales formas de control de máquinas eléctricas, desde el punto de la electrónica de potencia. Para ello, el capítulo expone una introducción medianamente detallada de las válvulas de electrónica de potencia y su operación en equipos conversores, así como también la aplicación de estos conversores en elcontrol de máquinas de CC, de inducción y síncronas.

8.1. Introducción a la Electrónica de potencia 8.1.1. Interruptores Los primeros interruptores de potencia, para niveles de voltaje alto y corrientes bajas, se desarrollaron a principios de este siglo (1902). Estos sistemas se basaban en tubos al vacío,
Parte del material para confeccionar estos apuntes ha sido obtenido de: Mohan, Undeland,Robbins y de los apuntes del curso EM722: “Electrónica de Potencia” dictado por el Profesor Rodrigo Palma.
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así como en tubos de descarga de gases para niveles de corriente mayores (gases nobles y vapor de mercurio como Thyratron, Excitron, Ignitron). En 1914 se desarrollaron interruptores controlables y en 1922 se establecieron las bases de los circuitos semiconductores utilizados en laactualidad. La Tabla 1 muestra el desarrollo de las válvulas de electrónica de potencia en el tiempo y la Tabla 2 muestra las principales características de cada interruptor, tales como sus límites de corriente y voltaje, caída de voltaje en conducción (indicador de la potencia que disipan los interruptores cuando están conduciendo corriente), costo de adquisición y grado de controlabilidad(encendido y apagado). Tabla 1: Desarrollo de válvulas de Electrónica de Potencia Año Válvula 1947 Transistor 1954 Diodo de Silicio 1957 Tiristor (SCR) 1961 Tiristor con capacidad de apagado(GTO) 1976 Mosfet 1982 IGBT Tabla 2: Características de las válvulas de Electrónica de Potencia
Símbolo
C

Límites de Operación
50V/100A (Schottky) 30kV/0,5A o 500V/10kA (Si.) UAC=8000V IA=6000A UAC=6000VIA=6000A UCE=1200V IC=300A UDS=1000V, ID=15A / UDS=50V, ID=250A UCE=3000V IC=3000A

Caída de Voltaje
0,3 V (Schottky) 2V (Si.)

Costo Adquisición
Bajo

Controlabilidad
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Diodo
A C A A G C C B E D G S C B G

SCR
Tiristor

2 .. 3 V

Medio

Ángulo de Encendido Ángulo de Encendido y Apagado Ángulo de Encendido y Apagado Ángulo de Encendido y Apagado Ángulo de Encendido y Apagado...