¿Control escalar tensión frecuencia? ¿Control Vectorial en lazo abierto? ¿Control Vectorial en lazo cerrado?
Los términos anteriores son utilizados por los fabricantes de variadores para referirse a los diferentes tipos de control que permite hacer un variador.
En realidad, lo que nos están indicando es el grado de sofistificación del algoritmo de control del flujo del motor que puede realizar el variador, siendo éste, un factor que acostumbra a ser utilizado para definir las familias de variadores, en sus aplicaciones, prestaciones y… precio…
¿Por qué es importante el control del flujo del motor?
El control del flujo del motor tiene una relación directa con el control del par motor. Cuanto mejor sea el método de control del flujo mejor se podrá controlar el par que da el motor.
Control Escalar V/f
El Control Escalar, también llamado Tensión-Frecuencia: (V/f) es el más sencillo y se basa en el hecho de que para mantener el flujo magnético constante (y en consecuencia el par), es necesario aumentar el voltaje a medida que se aumenta la frecuencia (recordemos que la frecuencia es la que dicta la velocidad de un motor de inducción).
Se cumple entonces una relación de proporcionalidad directa en la que : V/f = Cte.
Es la ‘famosa’ curva Tensión-Frecuencia, que el variador intenta seguir en todo momento.
¿Y cómo calcula el variador la V/f adecuada?
La V/f dependerá de cada motor, y el variador tiene un método infalible para calcularla: Preguntar al usuario !
En todos los variadores escalares hay un grupo de parámetros en el que se deberán entrar valores característicos del motor, entre ellos …la tensión y frecuencia nominales. el variador utilizara V_nominal y f_nominal para calcular la curva constante de proporcionalidad entre tensión y frecuencia: V/f.
Finalmente resulta que con el algoritmo V/f podré controlar fácilmente la velocidad y el par motor… –> FALSO!
El algoritmo V/f es válido sólo para aplicaciones donde la variación de par sea poca y, falla estrepitosamente en los valores extremales de frecuencia: A bajas vueltas (cerca de cero Hz) el par caerá prácticamente a cero…, y por encima de la frecuencia nominal, (proporcionalmente también por encima de la tensión nominal del motor…) el variador empezará a vigilar el voltaje máximo permitido, con lo cual la relación V/f se hará más pequeña, y con ella el flujo magnético del motor, para más inri.. a altas frecuencias el motor… ya no trabaja como una carga inductiva… pasando a ser resistiva! por lo que lo razonable es trabajar dentro del rango nominal del motor: y a eso nos ‘invitará’ el variador… limitando la tensión de salida…
Con todo…, existen pequeños trucos (creo que cualquier variador comercial lo permite…), como el realizar una curva V/f a tramos, con lo cual podemos falsear la pendiente, por ejemplo para reforzar el voltaje a cero Hz (que teóricamente debería ser cero Volts).
Sinembargo, por muchos ‘trucos’ que se hagan, el algoritmo V/f tiene serias limitaciones cuando se requiere una buena regulación de par en todo el recorrido del motor.
El problema del control ‘tensión’ frecuencia es que no es capaz de determinar eficientemente qué parte de la corriente entregada al motor se utiliza para inducir el flujo y que parte se transforma en par motor.La solución ‘definitiva’ pasa por un mejor control del flujo… y eso.. no se consigue con un simple control V/f.
Los llamados variadores de control vectorial, son capaces de controlar de una forma mucho más eficiente ambas corrientes. Mi siguiente post y espero.., último de esta serie, comentará los fundamentos de control vectorial.
Esta frase:
“a altas frecuencias el motor… ya no trabaja como una carga inductiva… pasando a ser resistiva!”
Me ha sorprendido bastante…
No sé, corrijame si me equivoco, pero a más frecuencia, más efecto inductivo tienen los devanados del rotor y estator del motor, luego la corriente se volvera practicamente constante si medimos en la linea.
Me gustaría saber porque comenta esa característica del motor.
respecto al resto del post, me ha aclarado bastantes dudas que tenia con el control V/f la verdad.
Deduzco de su post que el control vectorial mide la parte activa de la corriente que pasa por el variador para que el motor de el par necesario, no?
Un saludo.
Agradezco tu comentario, pues me recuerda que lo que escribo es siempre mejorable.
Tal vez, es un ‘abuso’ de lenguaje el decir que la carga se ‘vuelve resistiva’, pero déjame que lo expliqe:
Entendiendo la impendancia Z=R+jwL, se deduce que la resistencia para nada depende de la frecuencia, en todo caso sólo la inductancia se vería afectada, como tú apuntaste.
¿Qué ocurre?
Lo que pasa es que el motor… no es ‘ideal’, y el propio conductor del bobinado tiene una resistencia que… a pocos Hz puede ser neglibible pero que aumenta con la frecuencia debido al llamado efecto pelicular (skin effect), ocurre que la corriente, al aumentar la frecuencia, tiende a circular por la periferia del conductor, reduciéndose así la sección que realmente conduce electrones.. y aumentando de este modo la resistencia. De hecho, el efecto pelicular es un factor a tener en cuenta a la hora del diseño de un motor.
Un variador… puede sin problemas entregar 300 Hz o más.. a un motor diseñado para 50/60 Hz, pero… en la práctica… ¿quién utiliza consignas de 300 Hz?… Debido a la limitación del voltaje (y por tanto del flujo) y la resistencia creciente, resulta que a 300 Hz el par cae muchísimo… (un motor de poca potencia…. si no fuera por la inercia… lo pararías con tu mano).
En cuanto al control vectorial, decidí hacer un post diferente (estoy en ello…), porque creo que es mejor separarlo del V/f.
Efectivamente, tal y como apuntas, este tipo de control es capaz de medir (o estimar…) qué parte de corriente se emplea para mantener el campo en el rotor y qué parte de corriente se transforma en par efectivo.
Curioso que es uno oye.
Gracias por la explicación.
Pues amí no me acaba de aclarar el asunto lo del efecto pelicular o efecto “skin”.
Según mi teoría de máquinas, ya algo olvidada… el término inductivo no depende de la frecuencia puesto que j·(X1·I1)/f1=j(L·2·pi·f1·I1)/f1 =j·L·2·pi·I1
En cambio el término resistivo (R1·I1)/f1 aumentará al disminuir la frecuencia
Para altas frecuencias ambos términos son despreciables y por tanto el flujo se puede considerar constante.
Saludos
Las fórmulas electrotécnicas hablan de resistencias “ideales”.
Si buscas por la red encontrarás artículos que hablan sobre el efecto resistivo del motor al aumentar la frecuencia.
Tengo una consulta, cual es la diferencia del control escalar y el control v/f PG
podrias explicar que es el control V/F PG
saludos.
Estimado señor.
Agradecería comentara de forma rápida el control vectorial, estoy esperando su apreciación desde el 27 de febrero del 2010 cuando posteastes sobre escalar jajaja. Bueno lo agradecería saludos Chile.
Gracias por el articulo, espero el de control vectorial. un tutorial de como elegir, variador de todo el universo que hay, seria muy interesante, ya que no es muy conveniente poner “el mas grande; el mas completo y el mas caro”.
otro tema que me interesa es como sincronizo en velocidad y posición dos motores AC, es decir dos ruedas independientes pero unidas por ejemplo un puente grúa que debe traccionar el puente desde ambos lados.