Sistemas empleados en la industria para la regulación de tensión y velocidad de máquinas eléctricas

Abstract

En la industria moderna se utiliza gran cantidad de mecanismos de producción que trabajan a distintas condiciones de velocidad variable y a una determinada tensión. En todos estos mecanismos, lo mismo que en muchos otros, a fin de conseguir elevada productividad y debida calidad de trabajo es necesario aplicar la regulación debida y mantener la tensión adecuada. Se llama regulación de velocidad el cambio forzado de la velocidad del accionamiento eléctrico, según sean las exigencias del proceso tecnológico. El concepto de regulación de la velocidad conviene no confundirlo con el cambio natural de la velocidad que surge en los accionamientos eléctricos debido a la variación de la carga en el árbol de la máquina que está operando. La regulación de la velocidad se realiza mediante una acción complementaria en el motor accionado o en el sistema de transmisión al mecanismo de producción. Esta acción puede realizarla una persona o desde un dispositivo especial automático. Durante el desarrollo histórico del accionamiento, los procedimientos mecánicos de regulación fueron los primeros pasos que se dieron para pasar de los accionamientos no regulables a los regulables. No obstante, actualmente, cada día hallan mayor aplicación de la regulación eléctrica por tener una serie de ventajas en cuanto respecta a los Índices técnicos y económicos. Actualmente se requieren que ciertas magnitudes en la generación y en el uso de la energía eléctrica se adapten a características predeterminadas y preespecificadas. Las dos especificaciones que más comúnmente se presentan se relacionan con la precisión con la que el valor de una variable debe ser conocida, y además los límites dentro de los cuales debe estar restringida dicha variable, y la velocidad con la que debe recuperarse en el ca so de que sea forzada más allá de los límites especificados, es por esto que el problema del control recae sobre la forma de operar dispositivos de tal manera que satisfagan las necesidades de precisión y velocidad de respuesta; varios autores subdividen la técnica del control en dos clasificaciones: de "Ciclo Abierto” y de "Ciclo Cerrado”, definiendo las del ciclo abierto como la selección de componentes que sean precisos y lo suficientemente rápidos para el problema que se presente, y el control del ciclo que depende de estas características para ejecutar el trabajo. Por ejemplo, cuando se desea operar un motor a dos o tres velocidades especificadas, manteniendo cada velocidad constante, a pesar de un rango de condiciones posibles de carga. Para este tipo de problema un motor en derivación de corriente continua con excitación independiente puede ser el adecuado, sin ningún auxiliar que sir va para detectar y ajustar la velocidad. Tal dispositivo de ciclo abierto debe usarse siempre que se pueda satisfacer los requerimientos del trabajo, pero este tipo resulta impráctico cuando es necesario un tiempo de respuesta con bastante exactitud. Pasando a los controles de circuito cerrado podemos decir que utilizan el principio de "retroalimentación”: La magnitud para controlar se mide y se "retroalimenta” a una estación de entrada, en donde se compara con una magnitud de referencia para poder determinar de esta manera si es el del valor deseado, y cualquier desviación de este valor deseado, es un error, y el error se alimenta directamente al sistema, de tal manera que se tiende a reducir este error. Por ejemplo, considerando el caso de un motor de corriente continua con excitación independiente que va a ser operado a cierta velocidad específica y controlado a través de la tensión armadura. La armadura de este motor presentado se encuentra excitada por un dispositivo de control; aquí es necesario medir la velocidad del motor y, además tener un dispositivo de comparación para determinar el error; o sea que la precisión que se obtenga está limitada por estos dispositivos. Esto es, "la velocidad del motor no puede controlarse con mayor precisión que con la que puede ser medida, ni tampoco puede controlarse más allá del punto en el que un error puede ser observado, suponiéndose que la referencia, medición y comparación se logran con la precisión adecuada". Si la señal de error es un voltaje, y si la velocidad del motor está determinada por el voltaje aplicado a su armadura, entonces la velocidad del motor se puede mantener con precisión suficiente si el dispositivo de control está diseñado para producir el voltaje de armadura requerido cuando la señal de error es menor que el error permisible especificado. Uno de los principales problemas en los controles de retroalimentación es el diseño de dispositivos (compensadores) que produzcan amortiguamiento de oscilaciones indeseables. En diversos casos hay necesidad de un motor primo a velocidad constante, en el cual la velocidad pueda ajustarse a diferentes valores, lo cual puede conseguir adecuados sistemas usando un motor de inducción o un motor de corriente continua. Muchas aplicaciones requieren solo un sistema de "ciclo abierto” puesto que un motor de corriente continua en derivación típico tiene una regulación inherente de velocidad de 5% a 6% y aún se puede mejorar usando circuitos de corrección auxiliares; pero para una regulación de velocidad más pequeña se necesita un sistema de retroalimentación (ciclo cerrado). El objetivo del presente trabajo, a pesar de que no es muy amplio, se propone dar un enfoque técnico, tratan do de satisfacer las necesidades actuales, ofreciendo una comprensión básica de la naturaleza y los principios de operación de las máquinas eléctricas en cuanto a controles se refiere.