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1. Repositorio de la Escuela Superior Polit cnica del Litoral Art culo Tesis Grado AN LISIS Y DISE O DE PRACTICAS DE SISTEMAS DE CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DC Y VARIACION DE VELOCIDAD DE MOTORES AC CON EL EQUIPO EDUCATIVO MAWDSLEY S Jaime Aguilar D Crist bal Le n A Alberto Larco Facultad de Ingenier a El ctrica y Computaci n FIEC 6 Escuela Superior Polit cnica del Litoral ESPOL Campus Gustavo Galindo Km 30 5 v a Perimetral Apartado 09 01 5863 Guayaquil Ecuador jpaguilaGespol edu ec celeonGespol edu ec 4 Ingeniero en Electricidad Especializaci n Electr nica dlarcoGCespol edu ec Resumen El presente proyecto tiene como objetivo el redise o y construcci n de tres equipos educativos tipo Mawdsley s para la realizaci n de las pr cticas de sistemas de rectificaci n controlada por fase en base de tiristores en los cuales se puedan efectuar practicas con diversas topolog as de rectificadores y controladores AC AC para configuraciones monof sicas y trif sicas Adem s los equipos dise ados permitir n efectuar pr cticas de control de velocidad de motores de corriente continua en lazo cerrado as como variar la velocidad de motores de inducci n Los dise os est n basados en las t cnicas de control utilizadas en el equipo educativo Ingl s Mawdsley s existente en el laboratorio de electr nica de Potencia de la ESPOL Adicionalmente y como contribuci n particular de este trabajo se prete2. ad de motores dc con el Equipo Educacional Mawdsley s se debe seguir paso a paso el procedimiento experimental descrito en este trabajo e El circuito de control de Equipo esta calibrado para el funcionamiento con la m quina de corriente continua mv1006 si se utiliza otro motor para la realizaci n de estas pruebas los resultados no ser n los esperados Se tendr que recalibrar los valores de Kp y Ti en el controlador para su funcionamiento correcto con otro motor e Los valores de Kp y Ti del controlador son fijos y no pueden ser modificados por usuario e En la pr ctica correspondiente al control de corriente de armadura del motor se debe de tener en consideraci n antes de realizar el procedimiento experimental que la referencia de polaridad sea negativa e Para que el control de corriente funcione correctamente se debe de cargar el motor a una carga determinada es decir el motor no debe arrancar en vacio se lo debe de frenar el motor a un 75 del torque proporcionado por el Sistema de Frenado por corriente de Eddy mv1045 e Algo muy importante a tener en cuenta antes de cerrar el disyuntor de de carga es que el campo del motor este en su valor adecuado 220 Vdc as evitaremos un posible da o en el motor e Cuando realizamos el control de velocidad por taco generador debemos aseg ranos que la polaridad del voltaje generado por el taco este correctamente conectado en el Equipo 6 Referencias 1 S Sistemas de Contro
3. data In Chapter 3 describes the practical precedure for conducting tests for the control of DC motor speed and variable speed induction motor Chapter 4 describes the simulator used and the simulations of the control cir circuits made with these Keywords Madsley s rectifiers and controllers topologies AC AC PSpice Simulink and SimPowerSystem 1 Introducci n El presente trabajo se desarrollado con la finalidad de que el laboratorio electr nica de potencia cuente con nuevos equipos para la realizaci n de las practicas correspondientes a los sistemas de conversi n AC DC y AC AC Actualmente en el Laboratorio de Electr nica de Potencia nicamente se dispone para las practicas de rectificadores controlados y sistemas de control de velocidad del equipo educativo de procedencia Inglesa Mawdsley s por consiguiente las sesiones del Laboratorio se realizan con cuatro estudiantes Con la construcci n de tres unidades adicionales se pretende que por cada sesi n de pr cticas haya tres grupos de tres estudiantes y se deje un equipo para situaciones emergentes en el caso de aver as De esta manera se aumentar a la capacidad del Laboratorio a nueve estudiantes por sesi n y tres estudiantes por equipo por consiguiente los estudiantes podr n asimilar de mejor manera los aspectos pr cticos de los fundamentos de los distintos convertidores vistos en las materias te ricas Figura 1 Equipo Educativo Mawdsley s La primera
4. erador Repositorio de la Escuela Superior Polit cnica del Litoral Art culo Tesis Grado El sistema mostrado en la figura 7 se lo acopla al 3 2 Variaci n De Velocidad De Maquina De motor DC para proporcionarle carga Un electroim n Corriente Continua R gimen De Conducci n con excitaci n variable reacciona sobre la rotaci n de Discontinua un disco lo que produce un efecto de freno variable en el motor En la Tabla 5 se muestran los datos obtenidos experimentalmente Tabla 5 Datos experimentales Figura 7 Sistema de Frenado por Corrientes de En la Figura 9 se observa que la velocidad tiene Eddy Terco MV 1045 una gran variaci n conforme se aumenta la carga VELOCIDAD p u VS CORRIENTE DATOS GENERALES MV 1045 TERCO Nom 13 2Nm 2600 TORQUE RPM Max 30Nm POTENCIA VELOCIDAD Max 4000 RPM Tabla 4 Datos de Placa 3 CORRIENTE A Figura 9 Velocidad p u vs corriente de armadura 3 Resultados 3 3 Variaci n De Velocidad De Maquina De Corriente Continua R gimen Conducci n Continua 3 1 Variaci n De Velocidad Del Motor Inducci n Mv 1009 En la Figura 8 se puede observar el voltaje de l nea a neutro de alimentaci n al motor El Equipo Educativo Mawdsley s realiza la funci n de un arrancador suave Figura 8 Voltaje l nea neutro de la fase A a 90 Motor TERCO MV1009 60 Tabla 6 Datos experimentales Repositorio de la Escuela Superio
5. gura 12 Velocidad vs Corriente de armadura en conducci n discontinua 3 5 Control De Voltaje De Armadura Como se puede observar en la Tablas 9 y en la Tabla 10 el voltaje de armadura bajo el r gimen de conducci n de corriente continua y discontinua permanece constante Tabla 9 Datos experimentales bajo el r gimen de corriente en conducci n continua Repositorio de la Escuela Superior Polit cnica del Litoral D a O Tabla 10 Datos experimentales bajo el r gime corriente en conducci n discontinua 3 6 Control De Velocidad Por Taco Generador Como se puede observar en la Tabla 11 y en la Tabla 12 la velocidad del motor DC bajo el r gimen de corriente continua y discontinua permanece casi esto es debido al controlador PI de constante velocidad Tabla 11 Datos experimentales bajo el r gimen de corriente en conducci n continua Tabla 12 Datos experimentales bajo el r gimen de corriente en conducci n discontinua Art culo Tesis Grado En la Figura 13 y en la Figura 14 se muestra la relaci n entre la velocidad y la corriente de armadura del motor La velocidad permanece casi invariable a pesar de que el motor este trabajando a su corriente nominal 4 VELOCIDAD vs CORRIENTE Figura 13 Velocidad vs Corriente de armadura en conducci n continua VELOCIDAD VS CORRIENTE 3 CORRIENTE A Figu
6. icadores usados en las pr cticas Figura 5 Motor de inducci n Terco MV 1009 Figura 3 Panel Frontal Inferior DATOS GENERALES MV 1009 TERCO En la figura 4 se muestra la m quina de corriente MAQUINA DE 4 POLOS 1 5Kw 1700 RPM continua la cual se utiliza conjuntamente con el CONEXI N Y 380 V 4 A equipo educativo Mawdsley s para realizar pr cticas CONEXI N D 220 V 6 95 A de control de velocidad voltaje y corriente Tabla 2 Datos de Placa El taco generador de la figura 6 se lo utiliza para realizar la medici n de velocidad del motor DC cuando se realicen pr cticas de control de velocidad SB 757B 1 and SU 7346B 1 TOS Figura 4 Maquina de Corriente Continua Terco MV1006 MV 1006 226 DATOS GENERALES TERCO GENERADOR 1 2Kw 1700 RPM MOTOR SHUNT 1 0Kw 1700 RPM Figura 6 Taco generador DC MOTOR SERIE 1 0Kw 1400 RPM MARCA SERVO TEK SALIDA DC 20 8 Y 1000 RPM Taco generador DC Tipo MODELO SB 740B 1 Velocidad m xima alrededor CONSTANTES de SO00 RPM CAMPO 220 v 0 55 A ROTOR 220 v 6 A MOMENTO DE J 0 012 kgm INERCIA Tabla 1 Datos de placa Con el motor trif sico jaula de ardilla que se observa en la Figura 5 realizaremos variaci n de velocidad conectando el Equipo Educativo DATOS Mawdsley s como convertidor AC AC MECANICOS Salida m xima alrededor de 200 V Di metro de eje 0 120 0 0005 Largo 2 138 Tabla 3 Caracter sticas del Taco gen
7. l Moderno Autor Richard C Dorf y Robert H Bishop Prentice Hall 2005 2 Sistemas de Control Moderno Autor Richard C Dorf Prentice Hall 2005 3 C lculos de Circuitos de Regulaci n Autores Arne Buxbaum y Klaus Schierau Paraninfo 1976 4 Sistemas de Control Moderno Autor Richard C Dorf y Robert H Bishop Prentice Hall 2005 5 Sistemas de Control Moderno Autor Richard C Dorf y Robert H Bishop Prentice Hall 2005 6 Sistemas de Control Moderno Autor Richard C Dorf y Robert H Bishop Prentice Hall 2005 Art culo Tesis Grado 7 Sistemas de Control Moderno Autor Richard C Dorf y Robert H Bishop Prentice Hall 2005 8 Sistemas de Control Moderno Autor Richard C Dorf y Robert H Bishop Prentice Hall 2005 9 Sistemas de Control Moderno Autor Richard C Dorf y Robert H Bishop Prentice Hall 2005 10 C lculos de Circuitos de Regulaci n Autores Arne Buxbaum y Klaus Schierau Paraninfo 1976 11 C lculos de Circuitos de Regulaci n Autores Arne Buxbaum y Klaus Schierau Paraninfo 1976 12 Gr fica tomada del Datasheet DC Tachometer Generators servo tek 13 Manual Electrical Machines Laboratory TERCO Laboratorio de Electr nica de Potencia ESPOL
8. nde dejar un manual en el cual se describen los pasos y conexiones adecuadas del equipo educativo Mawdsley s para la realizaci n de las practicas correspondientes al control de velocidad de motores DC y variaci n de velocidad de motores de inducci n as como resultados experimentales contrastadas con pruebas simuladas del funcionamiento del sistema electr nico de control y fuerza basadas en herramientas como PSPICE SIMULINK y SimPowerSystem En el Cap tulo 1 se presenta una descripci n te rica de los sistemas de regulaci n en lazo abierto y cerrado Tambi n se describe las caracteristicas de los controladores del equipo educativo Mawdsley s y los circuitos de acondicionamiento de se ales En el Capitulo 2 se realiza una descripci n de las partes principales del Equipo educativo Mawdsley s as como los caracter sticas principales de los motores sistema de freno y taco generador utilizados en la realizaci n de las practicas y toma de datos experimentales En el Capitulo 3 se describe el procedimiento pr ctico para la realizaci n de las pruebas correspondientes al control de velocidad del motor DC y variaci n de velocidad del motor de inducci n En el Cap tulo 4 se describe en los simuladores utilizados y las simulaciones del los circuitos de control realizadas con estos Palabras Claves Mawdsley s topolog as de rectificadores y controladores AC AC Pspice Simulink y simPowerSystem Abstract This Project aims to redesign and c
9. onstruction of three educational teams such Mawdsley s to carry out practices rectification systems controlled by phase basis of thyristors in which they can make you practice with various topologies of rectifiers and controller AC AC single and three phase configurations Besides the teams from engaging in design will allow speed control of DC motors in closed loop and vary the speed of induction motors The designs are based on management techniques used in the English teaching team Mawdley s existing laboratory in the power electronics ESPOL Additionally as particular contribution of this paper is intended to make a manual which describes the steps and right connections of educational team Mawdsley s for carrying out the practice for the speed control of DC motors and variable speed induction motors ans experimental results contrasted with simulated testing the operation of electronic control and power base don tolos such as PSICE SIMULINK and SimPowerSystem Repositorio de la Escuela Superior Polit cnica del Litoral Art culo Tesis Grado Chapter 1 presents a theoretical description of regulatory systems in open loop and closed It also descibes the characteristics of drivers Mawdsley s educational team and the signal conditioning circuits Chapter 2 is a description of the main parts of Mawdsley s educational team and the main characteristics of the egine braking system and taco generator used in conducting practices and takes the esperimental
10. parte es el panel frontal superior De igual manera se har uso de herramientas de mostrado en la Figura 2 donde se pueden realizar las desarrollo computacionales como PSPICE y conexiones para diferentes topolog as de MATLAB para entender mejor el comportamiento de convertidores AC DC conexi n de pulsos de disparo los convertidores AC DC en aplicaciones como el para los tiristores y control control de velocidad de motores El control de velocidad es de vital importancia hoy en d a en las diferentes industrias es por esto es necesario tener una idea general de c mo se realiza dicha operaci n As como tambi n es importante analizar el comportamiento din mico de los controladores anal gicos y su utilizaci n para el control de velocidad de motores DC 2 Materiales y M todos El Equipo Educativo Mawdsley s que se muestra en la Figura 1 est constituido por dos partes principales que son de vital importancia para la realizaci n de las pr cticas de variaci n de velocidad Figura 2 Panel Frontal Superior de motores AC y el control de velocidad de motores o DC La segunda parte es el panel frontal inferior mostrador en la Figura 3 donde se puede observar las borneras de las bobinas secundarias del transformador trif sico y las del transformador monof sico aqu se Repositorio de la Escuela Superior Polit cnica del Litoral Art culo Tesis Grado realizan las conexiones para la alimentaci n de los diferentes rectif
11. r Polit cnica del Litoral En la Tabla 6 se muestran los datos obtenidos experimentalmente En la figura 10 se puede observar que la variaci n de velocidad en r gimen de corriente continua disminuye con respecto a la variaci n en r gimen de corriente discontinua VELOCIDAD p u VS CORRIENTE VELOCIDAD p u 3 4 CORRIENTE A Figura 10 Velocidad p u vs corriente de armadura 3 4 Control De Corriente De Armadura En la Tabla 7 se tiene los valores obtenidos experimentalmente bajo el r gimen de corriente en conducci n continua Mientras que en la Tabla 8 se tienen los valores obtenidos para el r gimen de corriente en conducci n discontinua Tabla 7 Datos experimentales bajo el r gimen de corriente en conducci n continua Tabla 8 Datos experimentales bajo el r gimen de corriente en conducci n discontinua Como se oberva en la Figura 11 bajo el regimen de corriente en conducci n continua se obtiene un mejor Art culo Tesis Grado control de corriente en comparaci n con el caso de corriente en conducci n discontinua mostrado en la Figura 12 CORRIENTE VS VELOCIDAD CORRIENTE A 200 250 VELOCIDAD RPM Figura 11 Velocidad vs Corriente de armadura en conducci n continua CORRIENTE VS VELOCIDAD c 7 CORRIENTE A 9 N a 120 180 140 160 VELOCIDAD RPM Fi
12. ra 14 Velocidad vs Corriente de armadura en conducci n discontinua Conclusiones Se logr rehabilitar los tres equipos educacionales convertidores de tiristores Mawdsley s asegurando el correcto funcionamiento de todos sus elementos mediante distintas pruebas realizadas Se sigui el mismo dise o electr nico original de la tarjeta Mawdsley s Este dise o tiene configurado su controlador Proporcional Integral de acuerdo a los par metros del conjunto motor generador Mawdsley s adem s las ganancias del controlador PI son fijas lo que provoca una respuesta diferente del sistema si se usa un conjunto motor generador diferente El lazo de corriente provee una respuesta r pida a sistema contra variaciones de carga Esto har que la misma se mantenga constante sin importar la carga que maneje Adem s permite proteger al motor durante el periodo de arranque en el cual la corriente aumenta s bitamente Los simuladores por computadora han permitido comprender el funcionamiento del controlador PI Se logr elaborar un Manual de Usuario del equipo Mawdsley s en el cual se describen los pasos y conexiones adecuadas para la realizaci n de pr cticas correspondientes al control de velocidad Repositorio de la Escuela Superior Polit cnica del Litoral de motores DC y variaci n de velocidad de motores AC 5 Recomendaciones e Para la correcta realizaci n de las pr cticas correspondientes al control de velocid
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