GG

Proyecto:Regulador de velocidad

Motor DC

G

Regulador de velocidad de Motor DC

Construir un regulador de velocidad –ωN<ω< ωN con un sistema de control de modotal que la tensión y corriente de armadura en régimen permanente, sean lasnominales.El error de velocidad en régimen permanente debe tender a cero.La excitación del motor es en derivación.Si al sistema en lazo cerrado se le aplica una referencia en escalón que asegure lavelocidad nominal, el transitorio de corriente de armadura deberá ser igual alobtenido al aplicar al motor con carga nominal, un escalón de tensión de armaduraigual al nominal.

Variación en tensión de excitación %5/ ≤∆ SS VV

Datos de chapa Datos medidos Bump Test Ensayo en VacioV48=AV

RPM2050=NωHP201=NP

Cº 20 @ 7Ω=ARmH 44=AL

G

Modelo motor DC excitado en derivación

Esquema mecánico-eléctrico Diagrama en bloques

1) Cálculo de la corriente nominal de armadura

022 =+−⇒−== NANANAANAANANANCMANN PVIRIRIVIIPN

ε

=−±

=A91.0A9.5

242

A

NAANANAN R

PRVVI

A91.0=ANI

2) Cálculo de la constante del motor kw

wANNMNN kITPN

ωω ==

=

×==

rVs 1910

[r/s] 260

2050A91.0

w/HP)746( HP 201 .I

PkwANN

N

πωmotora cupla la es donde MT

=

rVs 1910.kw

distintas? cosas¿Son ?y con pasó ¿Que wT kk

considero? valor ¿Que

G

Modelo motor DC excitado en derivación3) Cálculo del rozamiento

Aquí se va a considerar que la carga del motor, es una cupla proporcional a la velocidadangular del eje, por lo tanto modifica la componente de rozamiento, B.Luego, va a existir un B para la condición de rotor libre y otro para carga nominal. Lainercia del motor se considera constante e invariante.

NN

NM BPT

SSω

ω==

=

×

==rJs

1009.8

[r/s] 260

2050

w/HP)746( HP 201422

πωN

NN

PB

×= −

rJs 101.8 4

MXB

Rozamiento nominal (máximo)

El rozamiento mínimo se obtiene del test de rotor libre

wATMin kIBT

=ω)()(

2

AAAN

wA

wAAAN

wA

T

wAMin RIV

kIkRIV

kIkIB

T

T

T

TT

−=

−==

ω

×= −

rJs 102 4

MinB

Rozamiento a rotor libre (mínimo)

G

Modelo motor DC excitado en derivación4) Cálculo del momento de inercia

Se supone constante e igual al obtenido en el test a rotor libre.

Diagrama en bloques del motor

Diagrama en bloques equivalente

Diagrama de Bode GH

8.252

=AMin

w

RBk

r/s 159=A

A

LR

A

A

LR

sτ<<== r/s 25.0

411 que dado

:queinferir puede SeAMin

wMin

RBk

JB 21 1

≅

−

τ

:Luego

×=≈ −

2

22

2

rJs 102τ

A

w

RkJ

G

Modelo motor DC excitado en derivación5) Transferencia del motor

Diagrama en bloques del motor

++

++

+

⋅

+

=

BRkJLs

BRkJRBLs

kBRk

sV

Aw

A

Aw

AA

w

Aw

A2

222 1

1

1

1)(ω

+

+

⋅

+

=

212

11

1

1

1)(

ps

ps

kBRk

sV

w

Aw

A

ω

Rotor Libre Plena Carga

P1=-0.269 r/s P1=-0.299 r/s

P2=-158 r/s P2=-158 r/s

Luego el sistema presenta un polo en baja frecuencia entre -0.27…-0.3 r/s y un polo en alta frecuencia en -158 r/s

G

Corriente de armadura

El fabricante asegura que con carga nominal, aplicando una tensión nominal, el motor es capaz de soportar el pico de corriente de

arranque sin riesgo térmico.

Con carga nominal

Con rotor libre

G

Posible estrategia de Control

¿Qué función cumple el amplificador A?¿Esta estrategia presenta algún problema? ¿Que pasa con el sistema de control cuando se bloquea el rotor? Si existe un problema. ¿Cómo se puede solucionar con este esquema? ¿Es una

solución óptima?

Discutir que pasa con la admitancia del motor bajo distintas condiciones de carga

Diagrama en bloques

G

Análisis de admitancia del motor

Admitancia del motor

( )

++

++

+

+

+==

BRkJLs

BRkJRBLs

BsJBRk

BsVIsY

Aw

A

Aw

AAAwA

AM

22

2

2

1

/1)()(

( )[ ])/1)(/1(

/1)(21

2 pspsZs

BRkBsY

AwM ++

+

+=

( )BRkB

Aw +2 [r/s] Z [r/s] 1p [r/s] 2p

MinBlibreRotor

MxBcarga Plena

mS 3.5dBmS) 514( .

mS 2.19dBmS) 725( .

210~ −

21005.4~ −×

27.0−

30.0−

158−

158−

Diagrama en bloques del motor

Parámetros de la admitancia bajo distintas condiciones de carga

G

Análisis de admitancia del motor

¿Qué pasa en condición de rotor bloqueado?

G

Análisis de admitancia del motor

¿Qué significa zona de sobrecarga?

G

Estrategia de Control Propuesta

Diagrama en bloques

¿Qué función cumple la realimentación incorporada?

G

Realimentación propuesta

MAXMM YY ⋅5 como define se *

Razón?

dB5.25 ,0 que para Luego ≈≥ MinAGH

dB3030· adopta, e ≡=AS ¿Por qué no más?

G

Lazo control de corriente

¿Qué pasa con la estabilidad del lazo de corriente?¿Qué pasa con la precisión en el transitorio de corriente?¿Como implemento la realimentación para obtener Y*

M?

G

Síntesis de (Y*M Rs)-1

Se adopta Rs=0.7Ω para evitar incrementar pérdidas por efecto Joule

Notar que se requiere realimentación activa.

)r/s104/1()r/s3.0/1(3.141

2* −×++

≅s

sRY SM

141

01

2 =≅SM RYR

R

SM

Mx

RYpZ

RRR

0

1

1

23 /87.1

//=≅

287.1

RZC Mx=≅

G

Lazo de corriente resultante

dB162

3 ≡pp

r/s 9973 ≈p ¿Qué debe pasar con los polos del amplificador A?

G

Lazo control de velocidad

+

+

=

+

+

⋅

+

=

58r/s11

r/s3.01

r/Vs 3.5

11

1

1

1)(

212

ssps

ps

kBRk

sV

w

Aw

A

ω30=A

( )[ ]

( )( )( )r/s 997/1r/s 3.0/1

r/s 104/1 S 1.0)/1)(/1(

/1)(2

210

*

sss

pspsZsYsY MM ++

×+=

+++

=−

( ) ( ) ( )5s2 1[As] 104s100 1[As] 10/1 33 ssBsJkB

ksJB

ww

+×+=+=+ −−

Cálculo de Hw

r/s 215V10r/s 215V10−=−=⇒−=

==⇒=

NR

NR

VV

ωωωω

ω

ω

Se adopta

[Vs/r] 107.4r/s 215V10 2−×==ωH

Funciones transferencias

G

Lazo control de velocidad

G

Lazo control de velocidad

G

Amplificador de potencia

Rama A: Control de inversión de marcha.Rama B: Control PWM

G

MEDICIÓN ÓPTICA

Medición de velocidad

G

MEDICIÓN MAGNÉTICA

Medición de velocidad

G

MEDICIÓN SÍNCRONA

Medición de velocidad