CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA (III PARTE)

Concluiré esta serie de artículos referidos al control de velocidad para motores de CA haciendo ahora mención de los métodos utilizados para los motores industriales llamados “variadores de frecuencia” o “Controles de Estado Sólido” y que someramente se les describió en el primer artículo, ahora daremos una idea más clara de sus principios de funcionamiento. Es necesario indicar que los circuitos involucrados son bastante más complejos. Los motores pueden ser, en este caso, monofásicos o trifásicos pero el común denominador en los sistemas de control son los famosos “tiristores” o SCR’s .
En el artículo previo se pudo observar la influencia del TRIAC sobre la onda de corriente alterna; el SCR tiene un efecto similar, con la diferencia de que las ondas “negativas” desaparecen, tal como ocurre en los “rectificadores” convencionales basados en diodos. Un tiristor se puede considerar como un interruptor extrarrápido, que puede permitir el paso de una parte de las semiondas de una corriente alterna solamente, como vemos en la figura siguiente:

Según el tipo de corriente alterna (trifásica o monofásica) los “rectificadores” basados en tiristores pueden ser:

Monofásicos: Se construyen rectificadores a tiristores, para circuitos monofásicos, ya sean de media onda o de onda completa, y se suelen emplear para el control de velocidad de pequeños motores, como es el caso de los que accionan máquinas herramientas, electrodomésticos, incluso se emplean actualmente para el control de las herramientas manuales, utilizadas hoy en día tanto en el campo profesional, como para simples labores de bricolaje. En la figura de abajo vemos dos esquemas de rectificadores monofásicos a tiristores, el primero de media onda y el segundo de onda completa, ambos conectados a un motor de corriente continua M, cuya velocidad puede ser regulada, variando el instante en que se producen los impulsos de puerta del tiristor y por tanto, la tensión aplicada al motor

Como podrá observarse, es un motor de corriente contínua o universal.
No obstante éste sistema, en corriente monofásica, podría ser reemplazado ventajosamente por alguno de los dos circuitos indicados en los artículos previos.

Trifásicos: Que son los motores de los que no se hizo alusión en los artículos previos y que a su vez se subdividen en dos:

Rectificadores trifásicos semi-controlados con tiristores.

Este es el circuito más utilizado para grandes y medias potencias. Como podemos ver, lleva tres diodos y tres tiristores. Funciona practicamente igual que si llevará solamente diodos, lo único reseñable es que llevan un circuito de control del disparo de los tiristores adicional. Los circuitos de control van montados en placas de circuito impreso, y en la actualidad se emplean con pequeños microprocesadores para poder añadirles más funciones, además del control del disparo de los tiristores. Algunas de éstas funciones pueden ser: detección de averías, de selección, de registro, etc.

Rectificadores trifásicos controlados con tiristores.

En cambio, este otro circuito de tiristores se utiliza bastante poco. Resulta mucho más caro que el semi-controlado, no solamente en lo referente al número de tiristores, sino al sistema de control que requiere.

En los dos circuitos, la protección se realiza exactamente igual que si de diodos se tratara. Y recordar, si un rectificador lleva tiristores, es porque se quiere tener un control, normalmente de un motor, algo que no se puede hacer con diodos.

¿Y cómo gobiernan en corriente contínua a los motores de corriente alterna?, nos falta aún una etapa que es la de "ondulación", esto es, volver la corriente contínua en alterna pero con frecuencia "ajustable", es precisamente la corriente contínua quien hace la "magia" de "regular la velocidad del motor". Este "ondulador" también está basado en tiristores. Ver el esquema:

El capacitor de "filtro" tiene, en este caso, una función similar al de las "fuentes de corriente contínua" o "eliminadores de pila", y es la de "suavizar" las semiondas en la forma siguiente:

Aquí vemos el caso del control para un motor síncrono:

Ya se indicó que estos sistemas de control son bastante costosos, pero, a largo plazo podrían ser rentables. Es cuestión de hacer el estudio respectivo según sea el caso.

Tienen también otras ventajas potenciales, asi podemos mencionar lo siguiente:

-Permite arranques suaves, progresivos y sin saltos.
-Controla la aceleración y el frenado progresivo.
-Limita la corriente de arranque.
-Permite el control de rampas de aceleración y deceleración regulables en el tiempo.
-Consigue un ahorro de energía cuando el motor funcione parcialmente cargado, con acción directa sobre el factor de potencia
-Puede detectar y controlar la falta de fase a la entrada y salida de un equipo. Protege al motor.
-Puede controlarse directamente a través de un autómata o microprocesador.
-Se obtiene un mayor rendimiento del motor.
-Nos permite ver las variables (tensión, frecuencia, r.p.m, etc…). Si se usa un display, claro está

No la desventaja del costo, estos sistemas de control tienen aplicaciones en maquinaria industrial tal como es el caso de:

• Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc.
• Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.
• Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc.
• Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.
• Extrusoras. Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de de la cupla del motor.
• Centrífugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia.
• Prensas mecánicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.
• Máquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales.
• Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor consumo de energía en el arranque.
• Pozos petrolíferos. Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo.

Con esto doy por concluido el tema referente al control de velocidad para motores de C.A. Agradezco muy efusivamente al amigo Francisco Villalta por su comentario que practicamente me comprometió con esta tercera entrega. También agradezco los demás comentarios vertidos y doy la bienvenida a los nuevos participantes de este pequeño blog. Hasta una próxima entrega. Cordialísimos saludos.