Para poder controlar la posición de un servoactuador, se acostumbra a realizar una regulación de tres lazos en cascada (tipo PI)  (existen otros algoritmos más complejos, pero en la práctica no son necesariamente mejores).

Los controles tipo PI se basan en una reacción del controlador proporcional al error (diferencia entre consigna y valor real del motor).

En infoplc.net hay un blog dedicado a regulación, por lo que me imagino que allí estará mejor detallado como funciona un control PID, por lo que voy a ser conciso… resumiendo:

PI+D (Control basado en Feedback) y FeedForward:

El termino P (proporcional) está relacionado con una acción proporcional al error y tiene un efecto inmediato en la respuesta, al aumentar este término, el sistema se vuelve más ‘vivo’, si nos pasamos con la ganancia… el sistema oscilará… (demasiado ‘vivo’).  Una analogía mecánica sería la constante ‘K’ de un muelle, cuanto más fuerte sea el muelle (K más alta), más brusca será su respuesta. A su vez.. cuanto mayor sea el ‘error’ (cuanto más lejos esté de su posición de reposo) mayor será la fuerza que hará el muelle.

Todos hemos tenido la experiencia con un muelle, de que para posiciones muy cercanas a su posición de reposo el muelle ‘no recupera’, esto se debe a que la fuerza es proporcional a la elongación del muelle y, podría darse el caso de que para posiciones muy cercanas a la de reposo no fuera suficiente para vencer el rozamiento que p.e. pueda tener la carga

Esta es una característica común a todos los controles proporcionales, acostumbran a estabilizarse ‘cerca’ de la posición comandada pero tienen un pequeño error residual que no consiguen recuperar (ya que al hacerse pequeño el error… el efecto de la constante de proporcionalidad Kp, es despreciable.

El termino I (integral), es una constante proporcional al error acumulado, y tiene como objetivo eliminar el error residual de un control proporcional. Un control P+I (proporcional + Integral) teóricamente logrará el objetivo de que el error sea nulo, el problema… en ocasiones es que el efecto integral es demasiado lento.

Para aumentar el ritmo de ‘correción’ del error es posible añadir un término proporcional a la variación del error ( D), de este modo tenemos un control PID. El efecto ‘Derivativo’ intenta anticiparse al error,  operando en función de su derivada temporal.

Complementando los algoritmos PI+D (que se basan en un valor de realimentación (FeedBack)), existen otras estrategias, que no necesitan Feedback, y que son compatibles con el hecho de utilizar un control con realimentación.

FeedForward (Pro-alimentación (vaya nombre más feo…, aunque ahora lo haya puesto de moda una serie de televisión…), se basa en sumar a la consigna una ‘pro-alimentación’ proporcional a la consigna…  si queremos que la locomotora corra más… pues… quememos ‘más madera!’. En el caso de los servos… lo que se hace es sumar al resultado del PI un ‘empuje’ extra proporcional a la consigna. Este tipo de ‘control’ es más ‘rápido’ que el PI puesto que no necesita esperar una realimentación (reacción del motor), y actua desde el primer momento. Cabe decir que al utilizar feedforwards el motor se vuelve más ‘vivo’.

Casi todos los servos tienen la posibilidad de utilizar un feedforward de velocidad.

Algunos ,como el Accurax G5 de OMRON tienen también la posibilidad de un feedforward de aceleración.

El uso del Feedforward de velocidad nos permitirá reducir al mínimo el error de seguimiento a velocidad constante, pero tendrá un efecto moderado cuando se produzcan variaciones de velocidad.

El uso del Feedforward de aceleración nos permitirá reducir al mínimo el error de seguimiento durante los procesos de aceleración y deceleración.

La siguientes gráficas muestran el efecto de los feedforwards sobre un servomotor:

Sistema sin uso de FeedForward

Sistema con un Máximo FeedForward de velocidad

Sistema con máximo FeedForward de velocidad y aceleración

Lazos y… más lazos…

Tanto las ganancias como los feedforwards se aplican sobre unos bloques de control encargados de los lazos de corriente, velocidad y posición.

El primer lazo es el de corriente (o par) y es el encargado de garantizar que el comando de par (corriente) entregado al motor se traduzca en el par efectivo necesario, para ello es necesario tener una realimentación (o estimación) de la corriente que consume el motor.

El segundo lazo es el lazo de velocidad, y se encarga de dar al regulador de par la consigna adecuada en ‘par’ para que la velocidad del motor coincida con la comandada.

El tercer lazo es el lazo de posición, este lazo sólo existe (obviamente) cuando se realiza un control de posición, es  decir… variadores de frecuencia que no tengan control de posición… no tendrán este lazo. El resultado de este lazo es la consigna de velocidad que nos garantice que el motor se posiciona correctamente.

Este lazo no es ‘obligatorio’ tenerlo en cualquier servo (puesto que este lazo puede ‘cerrarse’ en un controlador de posición y enviar una consigna de velocidad (tradicionalmente analógica): esta estrategia ha sido la utilizada durante muchos años en occidente, pero hoy  está prácticamente olvidada para servos de una cierta ‘entidad’  debido a la existencia de buses digitales (‘motion bus’). Curiosamente los variadores japoneses, desde un principio adoptaron la estrategia de cerrar el lazo de posición en el servo  y utilizar el controlador de posición como generador de perfiles, en el pasado… la interconexión se realizaba mediante un tren de pulsos, hoy en día.. son buses digitales.

Un dato importante es el tiempo de respuesta de los lazos. Cuanto más rápidos sean estos… más fino será el control. En la actualidad  existen en el mercado servos capaces de cerrar el lazo de par en menos de 0.05 ms y lazos de velocidad/posición del orden de los 0.08 ms

El siguiente esquema muestra la disposición de los lazos de corriente, velocidad y posición, así como el generador de perfiles (motion  controller).

Esquema simplificado de los bloques de regulación

En este post se ha obviado deliberadamente hablar sobre ajuste ‘tuning’. Este tema se abordará en detalle en un siguiente post.

En post anterior nos centramos en el control escalar, o lo que es lo mismo en un sistema de control basado en mantener la relación tensión frecuencia constante.
Una de las limitaciones del control escalar es el poco control de flujo que ofrece, podríamos decir que es un método de control ‘poco fino’, si lo comparamos con el control orientado al flujo.

El control vectorial es un control centrado en el flujo (Flux Oriented Control).
En este post se explicarán los fundamentos de este tipo de control. Cabe decir… que en la práctica no es necesario conocer la teoría de control del flujo, pero tal vez resulte interesante…, y nos podrá servir para entender cuándo no  utilziar variadores ‘escalares’ y porqué estos últimos són más ‘economicos’ que los primeros.

En una cierta ‘referencia vectorial privilegiada’ se cumple que el par motor es directamente proporcional a la corriente. El control vectorial… se basa en  una serie de transformaciones algebraicas que permiten trabajar sobre esa referencia ‘especial’ en la que podemos ‘ver’ directamente con  la corriente  de par.

En esa referencia ‘privilegiada’ podemos ‘asemejar’ el motor de inducción a un motor de continua.  Par= K*Iq   (siendo Iq la corriente de par)
Vamos por pasos…

La suma vectorial de las corrientes del sistema trifásico del estator da como resultado un vector corriente que se utilizará para :

• Generar Par
• Generar corriente inducida en el rotor. (y a su vez flujo en el rotor)

Es decir… tenemos tres vectores de corriente (que varían con el tiempo) … uno por fase… I_U(t), I_V(t), I_W(t), que sumados… nos daran una corriente resultante I_Stator(t) (que varía con el tiempo) .

La corriente I_Stator a su vez se puede proyectar adecuadamente sobre el eje U (el de la fase I_U(t)) y un nuevo eje ‘imaginario’  ortogonal a U.Este es un simple artilugio matemático para pasar de tres vectores de corriente a dos vectores:

• El primero I_a(t) sobre el eje U
• El segundo I_b(t) sobre el eje ortogonal

Esta transformación (llamada de Clarke) no es la más importante… se trata de  un paso intermedio.

Si se tratara de un juego de magia, un juego de cartas… ahora… damas y caballeros es cuando se les pediría que prestaran más atención, pues ahora llega el truco final…

¿Porqué gira un motor de inducción?…  porque el flujo del rotor intenta ‘alcanzar’ al flujo del estator, existe pues un desfase (deslizamiento) entre stator y rotor.

El truco final es la transformación a los vectores d-q , (llamada de Park) consite en proyectar las corrientes I_a(t), I_b(t)  sobre una nueva base, solidaria al vector flujo del rotor … y… no es un truco cualquiera… puesto que… de este modo.. hemos conseguido pasar de tres corrientes trifásicas a dos:

• Una siempre alineada con el flujo del rotor,la corriente de flujo (Id)
• Otra ortogonal a la misma, dedicada a generar par. (Iq).

De este modo, ahora el convertidor es capaz de controlar de una forma eficiente la corriente destinada a par, por tanto es posible reaccionar de una forma muy fina ante una variacion en la demanda de par o, directamente aplicar par prácticamente constante durante todo el rango de operación (recordemos que en el control escalar… el par a bajas vueltas… nos cae por los suelos…)

Esto está muy bien… pero… queda álgo pendiente…

¿Cómo calculamos el ángulo de deslizamiento?

El cálculo del deslizamiento es fundamental para poder alinear el vector ‘I_d’ con el flujo del rotor y así hacer cierto que la corriente de par se corresponda con el vector ortogonal ‘I_q’.

Existen varios métodos para poder calcular o estimar este ángulo.

• Los variadores vectoriales llamados de lazo abierto, sensorless vector,.., ‘estiman’ el valor del ángulo sin utilizar sistemas de realimentación adicionales (como un encoder…).
• Los variadores vectoriales con lazo cerrado, precisan de un sistema de realimentación (generalmente encoder o resolver) para determinar (que no estimar..) el desplazamiento entre estator y rotor.

En un varidor sin realimentación… nos ahorramos el coste del encoder… pero… el resultado… dependará de la ‘bondad’ del algoritmo utilizado por el fabricante del equipo.

¿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.

Controlar la velocidad de un motor trifásico (ya sea un motor de inducción o un ‘servo’), se basa en alterar la frecuencia de la corriente trifásica que alimenta al motor.

Existen diversas tecnologías y métodos para poder controlar el voltaje, corriente y frecuencia suministrados al motor, pero el más popular es el de la modulación de la amplitud del pulso (Pulse Width Modulation (PWM)). La mayoría de los convertidores comerciales que nos vamos a encontrar utilizan  este método.

¿Qué hace un convertidor de frecuencia?

La mayoría de los convertidores de frecuencia, buscan ‘transformar’ la corriente alterna en una corriente ‘no alterna’ (es decir… prácticamente continua) y una vez transformada en continua, esta será troceada según las necesidades del motor.

El convertidor de frecuencia hace lo siguiente:

1. Rectificar la corriente alterna suministrada por la red eléctrica: L1,L2,L3.
2. “Almacenar”  la corriente continua en el Bus de Continua (DC BUS)
3. Dosificar la energía “almacenada” en el Bus de continua al motor

El siguiente esquema es el circuito  de potencia (simplificado) de un variador trifásico de alterna:

El Circuito Rectificador

Este circuito  acostumbra a ser un puente de diodos y se limita a convertir las corriente trifásica en continua.

L1,L2, L3 son las bornas del variador en las que conectamos la alimentación de potencia.

PREGUNTA:  ¿Puedo conectar un variador trifásico a una linea monofásica?  Viendo el esquema anterior… desde el punto de vista teórico parece ser que sí… Evidentemente la  potencia que le llegará al motor será inferior…  En un equipo real… sinembargo… nos encontraremos con que en ocasiones no es posible…, o nos da una alarma de pérdida de ‘fase’, o… es parametrizable.

El Bus de Continua

El Bus de continua es el ‘depósito’ de energía del variador…  y es normalmente accesible en las bornas del  convertidor (DC +, DC -).

El esquema anterior está muy simplificado, sólo aparece un condensador para mininimizar el rizado de corriente, en realidad tenemos muchos más elementos…

El DC BUS es una parte fundamental del convertidor. Al igual que los seres humanos tenemos un máximo y un mínimo de presión arterial (ese tema… lo ‘dominan’ las abuelitas…), el convertidor, en su DC BUS ha de trabajar entre un máximo y un mínimo de voltaje.

• Por debajo del voltaje mímimo, el convertidor no es capaz de suministrar la energía necesaria al motor y normalmente debería aparecernos algun tipo de alarma de bajo voltaje.
• Por encima del voltaje máximo, el convertidor estaría suministrando demasiada energía al motor, aunque… esta no acostumbra a ser la causa de este fenómeno ya que… el variador, tiene sus propios  sistemas de protección en el circuito rectificador y, la propia instalación . En la inmensa mayoría de ocasiones, un elevado voltaje en el DC Bus nos estará indiando que el motor esta regenerando energía hacia el variador, es decir…, el motor no trabaja como motor, sino como generador elétrico (transforma la energía mecánica del eje en energía eléctrica!) Por suerte… existen métodos y sistemas para ‘deshacernos’ del exceso de voltaje del DC BUS.

El Circuito Inversor

Hasta ahora, lo que hemos visto podría ser perfectamente aplicable a una fuente de alimentación AC/DC, como la que tienen nuestros ordenadores, bueno…  conectada a una corriente trifásica, pero la esencia es la misma.

El circuito Inversor, es la pieza clave del convertidor de frecuencia, pues  es el encargado de dosificar la energía almacenada en el DC BUS, de hecho… en la literatura anglosajona se acostumbra a designar al convertidor de frecuencia como ‘inverter’.

¿Cómo dosifica la energía el circuito inversor?

El circuito se compone de módulos transistores (con diodos en antiparalelo para permitir la regeneración). Estos transistores trabajan como conmutadores de alta frecuencia y potencia,  los transistores tipo IGBT‘s encajan perfectamente en esta función.

El objetivo de este circuito inversor es crear una onda de voltaje  PWM.

De un modo tosco…, podríamos decir que el inversor se dedica a trocear el voltaje del DC BUS , de modo que durante un tiempo dejará que el BUS alimente una de las fases de salida y, un tiempo después conmutará a otra fase de salida y así sucesivamente.

Podemos hacer el símil  un deposito de agua con tres grifos y repartieramos el agua abriendo y cerrando totalmente cada uno de los grifos en un orden y tiempo establecidos, de este modo puedo modular la salida del deposito haciendo un control ‘todo/nada’ de cada uno de los grifos.

Si en lugar de un deposito de agua hablamos del DC BUS, y los tiempos de conmutación vienen dados por un microprocesador con un patrón ordenado , trabajando a frecuencias de conmutación de  de KHz … entonces… ya tenemos la ‘base’ de un convertidor de frecuencia.

El convertidor da siempre el mismo voltaje (el del DC BUS), con lo que ‘juega’ es con el tiempo, dentro de un periodo de la frecuencia deseada de alimentación del motor , en que  se alimenta cada fase.  La modulación PWM  puede tener más o menos finura, habitualmente se utilizan modulaciones fijadas por un patron triangular o preferentemente sinusoidal  para el conseguir un resultado final más suave.

¿Qué implicaciones tiene el uso de tecnlogía  PWM?

El uso de variadores de frecuencia, es en realidad… una pequeña trampa… que hacemos para alimentar a un motor que en realidad (a no ser que esté diseñado para PWM) espera una señal sinusoidal de entre 50 y 60 Hz

¿Es PWM una señal sinusoidal?  -No!

El voltaje PWM es una señal digital, y utilizando un osciloscopio no veremos una senoide, sino una señal bastante sucia… eso sí, con el periodo de la frecuencia sinusoidal deseada.

La onda de corriente, en cambio, debido al bobinado del motor sí que se muestra en una forma bastante parecida a una senoide.

Ruido

Los convertidores de frecuencia son una fuente de ruido electromagnético.

Se trata de de ondas conducidas de gran potencia y, por su frecuencia (en la salida del variador) son una fuente de ondas radiadas, lo que nos obligará a tener un cuidado especial a la hora de cablear y apantallar el cableado de salida de potencia de un variador.

Quizás en este post he querido explicar demasiadas cosas… , tal vez no demasiado bien, sin profundizar demasiado y con muy pocas palabras.

En la práctica (vida real) , no nos importa demasiado cómo funciona internamente un variador ni que tipo de modulación tiene, (aunque siempre es bueno saberlo) , pero…basta con que nos queden claras algunas.

CONCLUSIONES:

• El variador de frecuencia convierte la alimentación de la red a otra frecuencia basándose en la rectificación y posterior conmutación a alta frecuencia.
• El variador de frecuencia (a no ser que sea un MATRIX) tiene una etapa intermedia donde almacena energía llamada DC BUS, el voltaje del DC BUS es un parámetro muy importante para el funcionamiento del variador, como veremos en otros posts más adelante…
• El voltaje de salida de un variador no es senoidal sinó PWM  (no así la corriente).
• Un variador de frecuencia es una potencial fuente de ruido electromagnético por lo que debermos ser muy cuidadosos en lo referente a filtros, reactancias, apantallamientos,…

En futuros posts, profundizaremos en algunos aspectos particulares del variador y los modos de regulación de un motor eléctrico.

En el post anterior me centré en hacer notar la diferencia entre los motores de corriente continua y los motores de indución de corriente alterna, siendo los segundos los que en la actualidad gozan de más popularidad, debido a facilidad de fabricación y mantenimiento y su reducido precio comparado con los motores de continua.

Esta vez, mi intención es centrarme en los  varios tipos de motores de corriente alterna.

No es mi intención dedicar un post a cada motor, puesto que en la web existen multitud de páginas con explicaciones a ‘todo color’.  Pero sí que creo interesante destacar las características principales de cada uno.

Todos los motores trifásicos, tienen en común la existencia de un campo magnético giratorio en el estator, creado por la superposición de tres fases U,V,W. 

• Motor asíncrono, también llamado de induccíón: Es el  más popular de todos los motores de corriente alterna, cuando hablamos de motor de ‘alterna’ por abuso de lenguaje.. en realidad.. acostumbramos a referirnos al motor trifásico asíncrono (o de inducción).

            ¿Por qué se denomina de inducción?  pues precisamente porque el campo magnético del rotor está sostenido por la corriente inducida en el rotor por el campo magnético variable del estator al traspasar el  ’bobinado’ del rotor.  Dicho así… parece un trabalenguas… pero…  esa es la genialidad del motor asíncrono y lo que lo hace tan interesante :  No necesita alimentar el rotor (a diferencia del motor de continua), las corrientes del rotor son… ‘inducidas’.

• Motor de imanes permanentes: Este tipo de motores, a diferencia del motor de inducción… no induce ningún campo magnético en el rotor… no lo necesita.. puesto que el rotor en si mismo es capaz de generar un campo magnético muy potente de forma natural, para ello se utilizan tierras raras.  Por la naturaleza del campo, y razones constructivas, inercia, etc… estos motores tienen unas propiedades dinámicas muy superiores a los de un motor de inducción, cuando hablamos de servo motores, en realidad acostumbramos a referirnos  a  un motores asíncronos de imanes permanentes. Este tipo de motor, al no tener campos eléctricos en su rotor no tiene los mismos problemas de disipación térmica de su homólogo de inducción, por lo que para un mismo par motor su tamaño es mucho más reducido.

              ¿Porqué no utilizar exclusivamente motores de imanes permanentes?

              Existen varios motivos…, pero tal vez el más importante… sea el económico…, las tierras raras… son en realidad tierras ‘caras’ … y la electrónica necesaria para sacar partido a este tipo de motor es también más potente.

 Podríamos concluir decir  que:

*Requiere Control Vectorial.

**Requiere encoder

Para poder hablar de control de movimiento, tal vez sería necesario dedicar un cierto tiempo al elemento (actuador) que convertirá la energía eléctrica en mecánica.

Vivimos rodeados de motores eléctricos: el pequeño motor que hace girar un disco duro, el motor que hace mover el ascensor, el del cepillo de dientes, el de la estación de bombeo, en fabricas, en entrenes, en hospitales,.. Aproximadamente un 70% de la energía eléctrica se utiliza para alimentar motores…estamos rodeados!

Por su construcción, su aplicación y su tecnología existen una infinidad de motores distintos y, no todos ellos rotativos!

Pese a que hoy en día, cuando hablamos de motores, casi siempre pensamos en motores de corriente alterna, durante muchos años los motores de corriente continua tuvieron un papel importantísimo, porque pese a su precio, (por su complejidad mecánica y mantenimiento), eran sin duda mucho más fáciles de controlar que sus ‘hermanos’ de corriente alterna.

Corriente continua o  alterna?

Hoy en día… parece una pregunta un tanto… fuera de lugar…, puesto que los sistemas de distribución convencionales son todos de alterna ( más eficiente para el transporte de potencia), pero… en sus orígenes hubo una gran rivalidad, entre los defensores de la corriente continua (Thomas A. Edison) y los que preferían la  corriente alterna (Nikola  Tesla). 

 Sobre  Edison… ¿qué decir…? uno de los inventores más prolíficos y con mayor visión comercial de la Historia y, al que sinceramente le debemos infinidad de artículos. 

El segundo, Tesla, … bueno… hemos de suponer que alguna cosa hizo… puesto la unidad  de medida del campo magnético lleva su nombre.

Nikola Tesla es, en mi opinión merecedor del nombre de  una calle  en cada ciudad! . Tesla, no sólo hizo investigaciones ‘alucinantes’ para su época en el campo del electromagnetismo, sino que… fue el gran precursor de los sistemas de transmisión polifásicos (trifásico, el más común) y a su vez, precursor de los motores de corriente alterna.

Ni que decir cabe… que… Tesla y Edison fueron rivales, llegando incluso a la enemistad personal.

Sin Tesla… nuestro mundo sería muy diferente… y es de Justicia reivindicar la figura de Tesla como uno de los padres de la electrotecnia.

¿Motores de alterna o motores de continua?

¿Qué nos interesa de un motor?

Normalmente, nos interesan dos magnitudes: Velocidad (rpm)  y Par motor (N.m).

¿Y… de qué dependen Velocidad y Par ?

El Par motor, es fuerza bruta… a más amperios… más par…, por tanto simplemente necesito ser capaz de regular los amperios para obtener más o menos par (fuerza).

¿Y…La Velocidad de un motor de qué depende?

Pues para poder contestar a esta pregunta… se debería indicar  si se trata de un motor de corriente continua o de corriente alterna.

En un motor de corriente continua, a más voltios.. más rpm!  pero… en un motor de corriente alterna  más voltios… no necariamente se traduce en más velocidad, puesto que la velocidad de un motor de corriente alterna depende de su construcción (pares de polos) y  la frecuencia de excitación  estatórica, típicamente   50 Hz ó 60 Hz.

La velocidad de un motor asíncrono (o de inducción) depende básicamente de la frecuencia de alterna aplicada en su estator. 

Controlar Voltaje vs. Controlar Frecuencia

Antiguamente Resultaba mucho más sencillo controlar el voltaje que modificar la frecuencia de exitación de un motor.  Es por esto… que durante décadas, los motores de corriente continua se han utilizado en aplicaciones en las que se requería velocidad variable, ya que con motores de alterna, que trabajan a la frecuncia de la red, era necesario la utilización de elementos mecánicos, conos diferenciales, cintas,  y transmisiones más o menos complejas… toda una fuente de problemas..

Un motor de continua, es constructivamente más costoso y complicado que el de alterna y, para colmo requiere mucho más mantenimiento : las escobillas del rotor, la conmutación,…

Un motor asíncrono de corriente alterna, (de inducción)  es constructivamente mucho más sencillo y económico, Además  al carecer de escobillas y elementos mecánicos para la conmutación, tiene un mantenimiento mucho más sencillo, lo que… si somos capaces de controlar su frecuencia… este debería ser nuestro motor favorito!

Y…¿Cómo se pude controlar la frecuencia? …con un Variador de Frecuencia ! (que nombre tan original!)

Resumiendo:

• Existen motores de Corriente Alterna y Corriente continua.
• El motor de inducción es el favorito, por su bajo coste y su mínimo mantenimiento.
• La velocidad del motor de inducción depende de la frecuancia de excitación y, por suerte existe un aparato que permite regular esta frecuencia.
• El par motor del motor de inducción depende de los amperios suministrados al motor, aunque… se debería matizar… que no todos los amperios se dedican a generación de par…

El término Mecatrónica  hace referencia a interacción entre diversas disciplinas: mecánica, electrotecnia, electrónica, regulación, programación,…  Se trata… sin lugar a duda  de una de las vertientes más interesantes dentro de la automatización industrial.

Movimiento !

No un movimiento cualquiera…,  hablamos…de un movimiento controlado… la aceleración…,  velocidad …y  fuerza (par) de un motor eléctrico sometido al control de un servosistema…, que cumple eficazmente con la consigna de su controlador de movimiento y … en última instancia  hace realidad lo que un tiempo antes fue un esbozo en un papel, donde álguien plasmo su idea… de una máquina.

Silencio …

Por fin ha llegado el momento.., todos los módulos están ensamblados, el cableado está revisado…, la mecánica está lista… y se respira una cierta tensión en el aire…, todos estamos allí…impacientes… 

 Se da tensión!  Entra la potencia y… seriadamente oímos entrar uno tras otro  todos los contactores… la máquina empieza a funcionar… y…los motores a girar lentamente… nos miramos unos a otros… con esa mezcla de satisfacción y emoción contenida…

Finalmente… se da la orden y la máquina se estremece… y  ruge al tiempo que acelera hasta velocidad de producción.

Dios mío! … pese a que… la máquina hace exactamente lo que habíamos previsto y calculado… no podemos evitar quedarnos asombrados… durante un tiempo… por esa danza increible y precisa, de motores, actuadores,… que se acercan y se alejan, engranan y desengranan… a velocidades asombrosas, sin sufrir daño alguno.

Creo que la mayoría de vosotros habeis experimentado esta sensación, y sabeis perfectamente de que estoy hablando.

Este Blog,  pretende  entrar, desde cero,  en el mundo del control de movimiento,  desde un punto de vista generalista, abordando temas teóricos del control de movimiento pero, procurando dar tambien una visión aplicativa o práctica de esta disciplina.

Mi deseo es que este blog no sea un curso formal de control de movimiento,  me gustaría que este blog sea más bien una zambullida  en este campo…, sin un orden establecido en el que podamos bucear y sorprendernos con aquellos aspectos interesantes o curiosos de esta ‘ciencia’ tan vasta… y que interrelaciona tantas disciplinas.

Espero… que os guste…