Ingenieria

Control Automático de Voltaje (AVR)
El control sobre el voltaje en los terminales de la máquina se procura ajustando la corriente de la
excitatriz, es decir, ajustando indirectamente la intensidad del campo magnético del rotor. La
automatización se logra tomando una muestra del valor de voltaje en los bornes de la máquina (con un
sensor) y comparando la lectura con un valor de referencia. Siexiste diferencia entre los valores se
genera una señal de error que implica una corrección o modificación la corriente de la excitatriz, de tal
forma que se varíe la tensión inducida y se recupere el valor de referencia.

Según se puede ver en el diagrama, el sensor de voltaje toma el valor en los bornes del generador.
Esta señal se acondiciona y se lleva a un comparador en donde se restadel valor establecido como
referencia. La diferencia se acondiciona y se envía a un amplificador donde se convierte en el
comando para el circuito de alimentación de corriente contínua del campo, ubicado en el rotor. Al
controlar esta corriente se modifica la intensidad del campo magnético del rotor y se controla así el
voltaje que se puede inducir en las bobinas del estator.
Este sistema decontrol se cierrra (se realimenta) con el sensor de voltaje en la salida de las bobinas.
Un transformador estabilizador es un aditamento que se puede utilizar para mejorar la estabilidad del
sistema y será descrito más adelante.
De acuerdo con el esquema mostrado, vamos a describir la función de cada uno de sus componentes,
con la intención de crear un modelo para su análisis. El estudio se haráa través de las funciones de
transferencia de cada componentes del lazo de control.
Comparador de voltaje: Este elemento compara el voltaje en bornes del generador con una referencia,
que puede ser la tensión nominal. El resultado de la comparación es una señal de error, como se
muestra a continuación:
e = VREF - V
Como se está trabajando con pequeños incrementos, se obtiene:
e = V0 – (V0+ ∆V) = -∆V

Amplificador/Regulador: Este elemento se encarga de manipular la señal de error para que pueda ser
introducida a la excitatriz de la máquina. Puede ser caracterizado por una ganancia Ka y una constante
de tiempo Ta. Esta última típicamente tiene valores entre 0,02 y 0,1 segundos. Por ende, la función de
transferencia queda:
V2  s 
Ka
Ga  s =
=
e  s  1Ta  s Excitatriz: El circuito de excitación de la máquina excitatriz puede modelarse mediante un circuito de
primer orden:
V2 = REXC IEXC + LEXC dIEXC/dt
La excitatriz se encuentra acoplada a un rectificador cuya tensión de salida Vr, está relacionada
linealmente con la corriente de la excitatriz:
Vr = K1 IEXC
Transformando las dos ecuaciones anteriores a Laplace, y utilizando la notación incremental,se obtiene
lo siguiente:
∆V2 = REXC ∆IEXC + LEXC s∆IEXC
∆Vr = K1 ∆IEXC
Sustituyendo la segunda ecuación en la primera, se obtiene:
∆V2 = (REXC/K1) ∆Vr + (LEXC/K1) s∆Vr
Reescribiendo, se obtiene:
Ge(s) = ∆Vr/∆V2 = Ke/(1 + sTe)
donde Ke = K1/REXC y Te = LEXC/REXC, con un valor típico de 1 segundo
Este actuador es uno de los elementos más importante para el control del voltaje. Como se sabe,la
alimentación del rotor se hace con corriente continua y su origen puede tener sistemas de generación
bastante diferentes entre sí, aunque al final el efecto sea el mismo. Utilizando el control del sistema de
generación, se controla el valor de la corriente de la excitatriz.
Tipos de excitatriz
Tres sistemas diferentes de excitación son usualmente detallados en la bibliografía, inclusive,su
modelación como un sistema de control normalizado está descrito en el estándar IEEE 421.5. Se
describen a continuación:
Excitatriz CC: Utilizan un generador de corriente continua como fuente. Son accionados por un motor, o
acoplados directamente al eje del generador principal. Pueden ser autoexcitados o con excitación
independiente. Fueron los primeros sistemas implementados y fueron...