1. Sistemas de control de velocidad
de motores
Zulayka Arroyo
Paolo Arteaga
Belén Cevallos

2. • La combinación del motor, los tiristores
controladores y los componentes electrónicos
asociados se conocen como Sistemas de
control de velocidad o sistema operador
MOTORES DC – CARACTERÍSTICAS Y
OPERACIÓN
• Los motores dc son importantes en el campo
industrial porque son más adaptables que los
motores ac de campo rotatorio a sistemas de
velocidad ajustable

3. Motor Shunt dc
• El devanado del campo está compuesto por muchas
vueltas de alambre delgado enrolladas alrededor de los
polos de campo, que son núcleos de metal
ferromagnético adheridos al estator de la máquina.
• La alta resistencia del devanado de campo limita la
corriente de campo a un valor razonablemente
pequeño, permitiendo que pueda conectarse
directamente a las líneas de alimentación dc.

4. • La corriente de campo puede encontrarse a partir
de la Ley de Ohm:
– Vs: Fuente de voltaje aplicado al devanado de campo.
– Rf: resistencia dc del devanado.
• El devanado de la armadura está constituido en el
rotor cilíndrico de la máquina y la corriente es
llevada desde y hacia él por medio de escobillas
de carbón que hacen contacto con los segmentos
del colector. Se constituye de pocas vueltas de
alambre más grueso, de modo que su resistencia
dc es baja.

5. • A medida que el motor comienza a acelerarse
comienza a inducir una FCEM debido a que
simultáneamente opera como generador.
• La FCEM generada por el devanado de la
armadura depende de dos factores:
– La fuerza del campo magnético. A mayor fuerza de
campo magnético, mayor FCEM.
– La velocidad de rotación. A mayor
velocidad, mayor FCEM.

6. • Dependencia que tiene la FCEM de la fuerza
del campo y la velocidad de rotación:
– Ec = kB (RPM)
• La suma de las caídas de voltaje en el
devanado de la armadura es igual a la FCEM
sumada con la caída de voltaje resistiva
IR, despreciando los efectos de las escobillas.
– Vs = Ec + IARA

7. Variación de la velocidad de un motor
Shunt dc
• Ajustando el voltaje (y corriente)
aplicado al devanado de campo. A
medida que el voltaje de campo
se incrementa , la velocidad del
motor disminuye.
• Ajustando el voltaje (y corriente)
aplicado a la armadura. A medida
que el voltaje de la armadura se
incrementa , la velocidad del
motor aumenta

8. Control por tiristor de voltaje y
corriente de armadura
• La fuente ac es rectificada para proporcionar potencia
dc al devanado del campo. El SCR proporciona control y
rectificación de media onda al devanado de la
armadura. Cebando tempranamente el SCR el promedio
de voltaje y corriente de la armadura se incrementan y
el motor gira más rápido.

9. Sistema de control de velocidad
monofásico y de media onda para un
motor Shunt dc
A medida que le pot es movido
hacia arriba crece la velocidad del
motor. Esto sucede debido a que el
voltaje de puerta respecto a tierra
se hace una porción más grande del
voltaje de línea ac permitiendo que
el voltaje de puerta a cátodo
alcance el voltaje de disparo del SCR
más pronto en el ciclo.
Relación entre velocidad y el ángulo de
disparo. Se denomina realimentación de
FCEM a la característica que tiende a
estabilizar la velocidad del motor aún
frente a cambios de carga.

10. Velocidad del motor vs
torque
La habilidad del sistema de control de velocidad para mantener la
velocidad del motor ligeramente constante frente a variaciones en la
carga se denomina regulación de carga

11. OTRO SISTEMA MONOFÁSICO DE CONTROL DE VELOCIDAD
La potencia de ac de entrada es rectificada por un puente rectificador de onda
completa, la corriente directa pulsante de salida y el voltaje pulsante de salida
del puente se aplica al circuito de control de armadura. También proporciona
realimentación de FCEM, y por consiguiente tiene una buena regulación de
carga.
Cuando el plot de ajuste de velocidad está posicionado de tal manera que
produce una velocidad al eje de 2000 rpm a un cierto torque resistivo. Si por
alguna razón aumentase la carga, lo primero que el motor hace es bajar un poco
su velocidad para admitir más corriente de armadura. Cuando esto sucede, la
FCEM de la armadura decrece un poco.

12. A medida que la FCEM disminuye , aumenta el voltaje disponible para cargar
el capacitor C. Esto sucede debido a que el voltaje disponible para cargar el
capacitor es la diferencia entre el voltaje pulsante del puente y la FCEM
creada por la armadura.
Con más voltaje disponible para cargar C, es natural que C se cargará más
pronto al voltaje de disparo, de este modo aumenta el voltaje promedio
entregado a la armadura. Esto corrige la tendencia del motor a girar más lento
y lo lleva de regreso prácticamente a la misma velocidad de antes.

13. CONTROL REVERSIBLE DE VELOCIDAD
Algunas aplicaciones de control de velocidad en la industria requieren que la
rotación de un motor sea reversible. La inversión de la dirección de rotación
puede efectuarse de dos maneras:
-Invirtiendo la dirección de la corriente de campo, manteniendo la misma
dirección de la corriente de armadura.
-Invirtiendo la dirección de la corriente de armadura, manteniendo la corriente
la misma dirección de la corriente de campo.
El contactor DIR se energiza al presionar
el botón pulsador ARRANQUE DIRECTO.
Mientras el contactor REV se encuentra
fuera en este momento, el contactor DIR
se energizará y enclavará gracias a su
contacto N.A. en paralelo con el botón
pulsador. El operador puede entonces
liberar el botón ARRANQUE DIRECTO, y el
contactor energizado hasta cuando se
presione el botón pulsador PARADA.

14. Se puede ver en esta figura que cuando están cerrados los contactos DIR, la
corriente fluye a través de la armadura de abajo hacia arriba con esto
produce rotación en una cierta dirección (asumamos en el sentido de las
manecillas del reloj). Cuando están cerrados los contactos REV, la corriente de
armadura fluye de arriba hacia abajo, de este modo produce rotación en el
sentido contrario de las manecillas del reloj. La velocidad de rotación se
controla por el ángulo de disparo de los SCR.

15. El control de onda completa reversible sin utilizar dispositivos con contactos
con el circuito de la figura. La dirección de rotación está determinada por el
circuito de disparo que esté habilitado. Si está habilitado el circuito de disparo
directo, los dos SCR de la parte de arriba se cebarán en semiciclos alternativos
de la línea ac, y enviarán corriente a través de la armadura de derecha a
izquierda. Si está habilitado el circuito de disparo invertido, los dos SCR de
abajo se cebarán en semiciclos alternados de la línea ac, y enviarán corriente a
través de la armadura de izquierda a derecha, como se indica.

16. SISTEMAS OPERADORES TRIFÁSICOS PARA MOTORES DC
El sistema manejador trifásico más simple posible es el que está en la figura.
Aunque este sistema solamente proporciona control de media onda, es
capaz de mantener continuamente flujo de corriente por la armadura. Puede
hacerlo porque cuando una cualquiera de las fases es negativa, al menos una
de las otras fases es positiva. Si una cierta fase está manejando la
armadura, al instante que cambia de polaridad, una de las otras dos fases
está lista para entrar a operar.

17. Sistema manejador trifásico sin
conductor neutro. Los diodos
rectificadores completan la malla
del circuito de armadura.
Durante el tiempo que el voltaje de
línea AB está manejando la
armadura, el camino del flujo de la
corriente es hacia debajo de la
línea A, a través del diodo Db hacia
la línea B. Cuando el voltaje de
línea de está manejando la
armadura, la corriente de
armadura pasa a través del SCRB y
el diodo Dc. En el instante que el
voltaje de línea CA está manejando
la armadura, la corriente pasa a
través del SCRC, a través de la
armadura, y regresa a la línea A a
través del diodo Da.

18. EJEMPLO DE UN SISTEMA OPERADOR
TRIFASICO
• La Figura nos muestra el diagrama
esquemático completo de un sistema
operador trifásico. La potencia trifásica a 230
V, esta localizada por la parte superior
izquierda de esta figura. A través de cada una
de las tres fases

20. CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS
MOTORES DE INDUCCION.
• Los motores de inducción rotan a una
velocidad q es un poco menor que la
velocidad sincrónica del campo rotatorio. La
velocidad sincrónica del campo rotatorio esta
determinada por el numero de polos del
devanado del estator y de la frecuencia del
voltaje ac aplicado.

21. • En el control electrónico de velocidad de los
motores ac, la frecuencia del voltaje aplicado
al estator se varia para cambiar la velocidad
sincrónica.
• El cambio en la velocidad sincrónica produce
entonces un cambio en la velocidad del eje del
motor

22. Hay dos maneras de obtener un voltaje ac de
frecuencia variable para un sistema operador de
un motor ac:
a) Cambiando potencia dc en ac de frecuencia
variable. Un circuito que puede hacerlo es
denominado inversor.
b) Cambiando potencia ac de 60 Hz en ac de
frecuencia variable. Un circuito que pueda
hacer esto es denominado convertidor.

23. • Tanto los inversores como los convertidores se
construyen con SCR.
• La siguiente figura nos muestra los tres
SCRson cebados en secuencia , uno
inmediatamente despues del otro. Cada SCR
es cebado y luego BLOQUEADO por su circuito
de control de disparo y bloqueo

24. • De esta manera SCRA es cebado por su
circuito de control y un cierto tiempo después
es BLOQUEADO por dicho circuito. En el
instante que SCRA es BLOQUEADO, el SCRB es
cebado por su circuito de control. El SCRB
permanece en CONDUCCION durante el
mismo tiempo que el SCRA estuvo en
conducción ; luego es BLOQUEADO. En ese
instante en que el SCRB es BLOQUEADO, el
SCRC es cebado por su circuito de control.

26. • Después de una cantidad de tiempo igual, el
SCRC es BLOQUEADO, y el SCRA es cebado de
nuevo y se repite el ciclo. Puede verse que la
frecuencia efectiva del voltaje aplicado a los
devanados del estator puede variarse
variando la cantidad de tiempo que un SCR es
mantenido en CONDUCCION.

27. • Si el SCR permanece en CONDUCCION
durante largo tiempo, la frecuencia efectiva
del estator es baja, la velocidad sincrónica del
campo rotatorio es baja, y el eje del motor
gira lentamente. Si el SCR permanece en
CONDUCCION solamente durante un corto
tiempo la frecuencia del estator se aumenta y
la velocidad sincrónica aumenta y la velocidad
del eje del motor aumenta

29. • El funcionamiento de un convertidor de
frecuencia variable es basicamente la misma
que la de un inversor. La frecuencia del voltaje
aplicada al estator se determina por la
cantidad de tiempo que los SCR se mantienen
en CONDUCCION.