Download - 14 Variadores de Velocidad
VARIADORES VARIADORES DE VELOCIDAD DE VELOCIDAD
Y SUS Y SUS APLICACIONES APLICACIONES
EN LA EN LA INDUSTRIA INDUSTRIA
(INVERSORES)(INVERSORES)
INVERSORESINVERSORES Diagrama de BloquesDiagrama de Bloquesde un Inversor de un Inversor
El inversor transforma la corriente AC en corriente DC, para luego convertirla en pulsos y generar una corriente AC que permita controlar la frecuencia y el voltaje de salida.
Pre-Charge Resistor
By-pass contacto
r
Frequency Converter DC-
AC:IGBT Bridge
AC-DC Input
Rectifire
DC Bus Capacitors
f=60Hz
DC + f=300Hz
f=0-800Hz
RST
(+)
(-)
M~
UVW
INVERSORESINVERSORES Forma de la Onda de Forma de la Onda de Salida Salida
Cómo genera el inversor la forma de onda del voltaje de salida?
Vout Período de Switcheo = 1/fsw
Valor medio del voltaje de salida
INVERSORESINVERSORES Control del MotorControl del Motor
Cómo puede controlar el inversor un motor, el cual debe ser controlado con torque constante o potencia constante?
Volt
Frecuencia nominal máx. Frec.
Torque Constante Potencia Constante
Voltaje nominal
Diseño de un Diseño de un Motor TrifásicoMotor TrifásicoINVERSORESINVERSORES
Arrollamientos ElectromagnéticosBarras del
Rotor
EstatorRotor
Vista lateral
INVERSORESINVERSORES Diseño de un Diseño de un Motor TrifásicoMotor Trifásico
Rotor
Estator
Carcaza
Entrehierro
Arrollamiento del Estator
Vista Lateral
INVERSORESINVERSORES Velocidad del EstatorVelocidad del Estator
Formula para determinar la velocidad del estator
60 * FPolos/2
Donde:60 : Representa 60 segundos en un minutoF : Representa la frecuencia de salidaPolos/2 = Número de pares de polos
INVERSORESINVERSORES Qué es el slip?Qué es el slip?
Para generar un torque en un motor de inducción, se debe hacer circular una corriente en el rotor. Para generar un flujo de corriente en el rotor, la velocidad del rotor debe ser un poquito más lenta que la velocidad síncrona. La diferencia entre la velocidad síncrona y la velocidad del rotor (rated speed) se denomina deslizamiento (slip).
Estator
Flujo
RotorSlip
INVERSORESINVERSORES Cálculo de la velocidad Cálculo de la velocidad del motordel motor
Formula para determinar las RPM del motor :
N = 60 * F (1 – s)
P/2
Donde:N : RPM del motorF : Frecuencia en HzP : Número de polos del motorS = (No – N)/No
DefinicionesDefiniciones
Para poder comprender bien el empleo de los inversores, es de importancia conocer que: Potencia: relación para realizar trabajo Torque: potencia del movimiento Torque de Carga: torque requerido por la aplicación Torque del Motor : torque disponible de la máquina primaria
INVERSORESINVERSORES
INVERSORESINVERSORES Potencia y TorquePotencia y Torque
La Potencia es el producto del torque por la velocidad P = T x nDonde: T : torquen : velocidad
INVERSORESINVERSORES Potencia y TorquePotencia y Torque
P T nMax
Med
Min
P T nMax
Med
Min
La La potencia potencia aumenta aumenta
si el si el torque torque
aumentaaumenta
INVERSORESINVERSORES Potencia y TorquePotencia y Torque
La potencia aumenta cuando la velocidad aumenta
P T nMax
Med
Min
P T nMax
Med
Min
La La potencia potencia
aumenta si aumenta si la la
velocidad velocidad aumentaaumenta
Nay Electric
INVERSORESINVERSORES Potencia y TorquePotencia y Torque
La potencia aumenta cuando la velocidad aumenta La potencia aumenta proporcionalmente con la velocidad
TorquePotencia
P T nMax
Med
Min
0%
25%
50%
75%
100%
125%
0% 50% 100% 150%
Speed (%)
INVERSORESINVERSORES Torque y VelocidadTorque y Velocidad
Curva de Velocidad vs.TorqueSlip
Rotor bloqueado Torque (150%)
Plena carga Torque (100%)
Pull Up Torque (125%)
Breakdown Torque (200-250%)
Rated Speed Synch Speed
TORQUE CORRIENTE
(300%)
(200%)
No Load Current (30%)
INVERSORESINVERSORES Torque Torque
Generación del Torque cuando se conecta un inversor
F (Hz)F (Hz) 50503.3.00
RPM (4 polos)RPM (4 polos) 150015009090
Torque Max. (200%)
Rotor bloqueado Torque(150%)Plena Carga
Torque(100%)
INVERSORESINVERSORES Torque y VelocidadTorque y VelocidadCómo varía el Torque con la Velocidad cuando se emplea un inversor ?
80 % Torque.
40 % Torque.
100% Torque.
Hz
Volt
Freq. Nominal
Nom. V.
Max freq.
Torque Constante
Potencia ConstanteTorque
4 Hz
8 Hz
Entradas DigitalesEntradas Digitales
Estandar - Entradas no configurables Run/Stand by.Hace que funcione el inversor. Si esta activada, el inversor comienza a funcionar; si se desactiva durante el funcionamiento, el inversor deja de controlar el motor y la carga se detendrá por la acción de la inercia.
Run/Stop.Si se activa, el motor arranca; primero, siguiendo la rampa de aceleración hasta alcanzar la velocidad deseada. Si se desactiva, el inversor frenará al motor siguiendo la rampa de desaceleración.
Alarm ResetEn caso de alarma, al desaparecer el motivo de la misma, y al activarse esta señal, el inversor resetea el estado de alarma y el motor puede arrancar otra vez.
INVERSORESINVERSORES
Entrada AnálogaEntrada Análoga
El inversor tiene tres entradas análogas configurables para ajustar la velocidad del motor : VREF: Desde 0 hasta 10Vdc; es la suma de los voltajes que llegan a los terminales 2 y 3 referidos al terminal 1 (0V). El default es la referencia de la velocidad. IREF: Desde 0 (4) hasta 20mA; se en cuentra en los terminales 21 (+) y 22 (-). IN AUX: Desde 0 hasta 10Vdc entre los terminales 19 (+) y 20 (0V).
INVERSORESINVERSORES
Entrada AnálogaEntrada Análoga
El inversor convierte las señales análogas en valores digitales. Es posible fijar para cada señal el origen y la escala máxima de la recta de conversión mediante dos parámetros, llamados bias (origen) y gain (esto determina la escala máxima) respectivamente.
INVERSORESINVERSORESV
alor
Con
vert
ido
Señal Analoga
20 mA0 mA 4 mABias
Gain
Bias = 0 Gain= 100%
Bias = -25% Gain= 125%
Entrada AnálogaEntrada AnálogaINVERSORESINVERSORES
La formula para calcular el valor del bias y del La formula para calcular el valor del bias y del gain es:gain es:FREF = C6/100*(P16+Vref%/100*P17) + FREF = C6/100*(P16+Vref%/100*P17) + C6/100*(P19+Iref%/100*P20)C6/100*(P19+Iref%/100*P20) A veces puede ser muy difícil solucionar esta A veces puede ser muy difícil solucionar esta formula; en la siguiente página se tiene una tabla formula; en la siguiente página se tiene una tabla que muestran los valores ya calculados para los que muestran los valores ya calculados para los casos más complejos.casos más complejos.
Entrada AnálogaEntrada Análoga
Tabla para valores calculados del bias y gain
INVERSORESINVERSORES
Vref BiasP16 (%)
Vref Gain P17 (%)1
Iref BiasP19 (%)
Iref Gain P20 (%)
PIN# 2(V)
PIN# 3(V)
PIN# 21(mA)
J6P18
OutputFrequency
C22 = TermC29 = ExtC30 = INAUXMDI1 MDI5 OFF
Default 0 100 -25 125 0 10 0 0 + 0 Fomax1 (C06)
Default 0 100 -25 125 0 0 4 20 + 0 Fomax1 (C06)
EXAMPLE 1 25 75 -25 125 0 10 0 0 + 25% Fomax1 Fomax1 (C06)
EXAMPLE 2 100 -100 -25 125 0 10 0 0 + Fomax1 0
EXAMPLE 3 0 200 -25 125 0 5 0 0 + 0 Fomax1 (C06)
EXAMPLE 4 0 100 0 100 0 0 0 20 + 0 Fomax1 (C06)
EXAMPLE 5 200 -200 -25 125 5 10 0 0 + Fomax1 0
EXAMPLE 6 0 100 -25 125 -10 10 0 0 -/+ -Fomax1(C6) Fomax1
INVERSORESINVERSORES Rampas y ReferenciasRampas y Referencias
Qué es una rampa ?Qué es una rampa ? Qué es una referencia ?Qué es una referencia ?
INVERSORESINVERSORES RampasRampas
Hay dos tipos diferentes de rampas: rampa de aceleración y rampa de desaceleración La rampa de aceleración es el tiempo en La rampa de aceleración es el tiempo en el cual el motor pasa desde cero hasta la el cual el motor pasa desde cero hasta la velocidad máxima.velocidad máxima. La rampa de desaceleración es el tiempo La rampa de desaceleración es el tiempo en el cual el motor pasa desde la máxima en el cual el motor pasa desde la máxima velocidad hasta cero.velocidad hasta cero.
INVERSORESINVERSORES Configuración deConfiguración delas rampaslas rampas
La rampa de aceleración se configura mediante el parámetro P05 (0…6500sec.) La rampa de desaceleración se configura mediante el parámetro P06 (0…6500sec.) Realmente, el inverter tiene 4 tiempos diferentes de aceleración y desaceleración. Las rampas pueden ser seleccionadas mediante una configuración binaria de dos entradas digitales: ver tabla inferior.
MDI4 0 1 0 1
MDI4 0 0 1 1
Active acc.ramp
P05 P07 P09 P11
Active dec.ramp
P06 P08 P10 P12
INVERSORESINVERSORES Rampas Suaves Rampas Suaves
Si se requiere una rampa suave, se puede emplear la función “soft ramp”. El parámetro P13 contiene el rango (al comienzo y al final de la rampa) donde es necesario multipicar el tiempo de la rampa. El parámetro P14 es el valor multiplicador.
0
50
ACC RUNNING DEC.
Time
FRE
QU
EN
CY
Standard ramp Soft ramp
Velocidad de Velocidad de ReferenciaReferencia
La velocidad de referencia es la señal que es enviada al inversor para que el motor gire a la velocidad requerida.
El inversor puede tomar la señal de referencia desde: Teclado Entradas digitales (función multi-frequency) Función Up/Down Señal análoga de 0 a 10Vdc o de 0(4) a 20mA Control Remoto via conexión serial Función Interna PIDSiempre es necesario definir la fuente de la referencia.
INVERSORESINVERSORES
INVERSORESINVERSORES Multi-frecuenciaMulti-frecuencia
El inversor es capaz de almacenar 15 valores de referencia fijos. Mediante un código binario a través de 4 entradas digitales, se fijará el valor de referencia del inversor. En la tabla de abajo se muestra como seleccionar el valor de referencia a través de las entradas digitales:MDI1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
MDI2 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1
MDI3 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
MDI4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
Active freq.
None
P40 P41 P42 P43 P44 P45 P46 P47 P48 P49 P50 P51 P52 P53 P54
INVERSORESINVERSORES Funciones importantes Funciones importantes implementadas en el implementadas en el
inversorinversor
Modo Regenerativo Frenado dinámico Freno DC Corriente limitada Protección Térmica Segunda curva V/F PID
INVERSORESINVERSORES FrenoFreno
Cuando el motor frena, este se convierte Cuando el motor frena, este se convierte en un generador, de manera que la en un generador, de manera que la potencia fluye desde el motor hacia el potencia fluye desde el motor hacia el inversor.inversor.
M
1FU
L1L2L3
(+)
(-)
INVERSORESINVERSORES FrenoFreno
Cuando el motor esta generando, la Cuando el motor esta generando, la potencia no puede retornar a la línea potencia no puede retornar a la línea principal a través de los rectificadores de principal a través de los rectificadores de entrada. Esto puede originar que el voltaje entrada. Esto puede originar que el voltaje del bus DC pueda alcanzar el límite de del bus DC pueda alcanzar el límite de sobrevoltaje; entonces el inversor se sobrevoltaje; entonces el inversor se protegerá activando una alarma de protegerá activando una alarma de sobrevoltaje.sobrevoltaje.
M
1FU
L1L2L3
(+)
(-)
INVERSORESINVERSORES Frenado DinámicoFrenado Dinámico
El frenado dinámico es un proceso en el El frenado dinámico es un proceso en el cual la energía regenerativa de la carga, se cual la energía regenerativa de la carga, se disipa como calor en la resistencia de disipa como calor en la resistencia de frenado.frenado.
1FU
L1L2L3
(+)
(-)
M
Braking unit
Resistor
Heat
INVERSORESINVERSORES Frenado DinámicoFrenado Dinámico
Cómo se implementa la unidad de frenado?Cómo se implementa la unidad de frenado? Haciendo el parámetro C57 = Yes (Brake unit Haciendo el parámetro C57 = Yes (Brake unit inserted). Hasta los variadores con una inserted). Hasta los variadores con una potencia de 18.5kW, la unidad de frenado esta potencia de 18.5kW, la unidad de frenado esta integrada en el variador, para potencias integrada en el variador, para potencias mayores se debe conectar la resistencia en mayores se debe conectar la resistencia en forma externa.forma externa.
INVERSORESINVERSORES Frenado DCFrenado DC
Intensidad de la corriente DC permanente a ser suministrada.
C87 = %Tiempo del frenado DC antes de la rampa de aceleración
C83 = seconds
Habilita la inserción de una corriente permanente DC para mantener el torque en el eje
C86 = Yes/NoTiempo del frenado DC después de la rampa de desaceleración
C82 = seconds
Intensidad del frenado DC en % de la corriente del inversor.
C85 = %Habilita el frenado DC antes de la rampa de aceleración
C81 = Yes/No
Frecuencia de salida del frenado DCC84 = HzHabilita el frenado DC
al final de la rampa de desaceleración
C80 = Yes/No FunciónParámetroFunciónParámetro
Para detener el eje cuando se esta girando a baja velocidad,Para detener el eje cuando se esta girando a baja velocidad, o o para mantener bloqueado el eje al momento del arranque, para mantener bloqueado el eje al momento del arranque, es posible suministrarle al motor una corriente DCes posible suministrarle al motor una corriente DC; ; la cual la cual genera un torque estáticogenera un torque estático. . Esta función se empleaEsta función se emplea en cargas en cargas que tienen una gran inercia.que tienen una gran inercia.
INVERSORESINVERSORES Protección Térmica Protección Térmica del Motordel Motor
El inversor puede ser usado como un protector El inversor puede ser usado como un protector térmico para el motor; esta función ha sido térmico para el motor; esta función ha sido implementada a través de un software.implementada a través de un software. Para habilitar esta función, se debe considerar Para habilitar esta función, se debe considerar la siguiente tabla :la siguiente tabla :
Parameter Function Range Default
C 70 Enable function No: Thermal P. disabledYes: Considers only thecurrent valueYes A: Considers a motorwith colling forcedYes B: Considers a motorwith fan fixed to the shaft
NO
C 71 Motor’s nominal currentexpressed as % of theinverter rated current
1 …. 120 % 105 %
INVERSORESINVERSORES Segunda Curva V/FSegunda Curva V/F
El inversor puede controlar dos motores El inversor puede controlar dos motores diferentes usando dos tendencias V/F diferentes usando dos tendencias V/F diferentes, las cuales pueden ser elegidas diferentes, las cuales pueden ser elegidas mediante dos entradas digitales.mediante dos entradas digitales.Vol
t
Nominal freq. 1C05
Nominal voltage.1C08
Max freq.1C06
Nominal voltage.1C14
Nominal freq. 2C11
Max freq.1C12 HzHz
INVERSORESINVERSORES Función PIDFunción PID
El PID es un lazo de control, el cual compara el valor del set point con el valor de la medición momentánea, y genera una salida correspondiente al error dinámico que depende de factores de la parte proporcional, integral y derivativo del controlador.
Retroalimentación
ReferenciaSalida
P.I.D. Acción Medición
Donde: Referencia: es el valor deseado. Acción: es el evento que genera la condición requerida. Medición: mide el valor momentáneo de la salida y la retroalimenta.
INVERSORESINVERSORES Función PIDFunción PID
La figura de abajo muestra el comportamiento transitorio hasta alcanzar el set-point (estado estable):
Time
Set point
1
2
3
4
GRUA GRUA PUENTEPUENTE
GRUA Y CARRO GRUA Y CARRO PUENTEPUENTE
PROBLEMA:PROBLEMA:
EN EL IZAMIENTO
EN LA TRASLACION
(A)
(B)(B)(A)
IZAMIENTO TRADICIONALGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE
ACCIONAMIENTO EN CONTINUA
Los problemas que se presentan al emplearse un accionamiento con motor CC son:- usa escobillas (generación de perturbaciones)- motor de gran dimensión (tamaño y peso)- costo elevado
Empleo del Accionamiento AC-DC
Accionamiento AC-DC bidireccional
MOTOR EN CONTINUA
+-
IZAMIENTO CON VARIADORGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE
CONTROL DEL IZAMIENTO
MOTOR ESTANDAR EN
ALTERNA
Sinus k – IP20
Sinus K mod.Cabinet – IP24-IP54
IZAMIENTO CON VARIADORGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE
VENTAJAS AHORRO ECONOMICO.Con motor en alterna estándar en IP54-55:40% más económicos que los motores con anillo50% más económicos que los motores CC
ELEVADO GRADO DE PROTECCION.- IP55 con el motor en alterna - IP23 accionamiento en continua
ELIMINACION DEL COSTO DE MANTENIMIENTO DEBIDO A LA ’ELECTROMECANICA’- Sustitución de la escobilla y el contactor por un elemento estático (VARIADOR) eliminandose el costo relativo al mantenimiento
DIMENSION REDUCIDA- Las dimensiones del motor de alterna con su accionamiento son casi la mitad del tamaño que los motores de anillo - A igualdad de clase de protección, los motores en alterna tienen la mitad del tamaño que los de corriente continua
IZAMIENTO CON VARIADORGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE
PRECISION EN EL POSICIONAMIENTO Y REGULACION FINA DE LA VELOCIDAD
- Sin retroalimentación (con lazo abierto): control de la velocidad entre el 5-100%- Con retroalimentación (con lazo cerrado con encoder): control de la velocidad entre el 1-100%
VENTAJAS :
ELIMINACION DEL ACCIONAMIENTO AUXILIAR DE IZAMIENTO Empleado tradicionalmente para el funcionamiento a velocidad reducida
ACCIONAMIENTO LINEAL DEL IZAMIENTOCon rampa programable de aceleración y desaceleración.Se evita el esfuerzo mecanico debido a la velocidad de tracción del peso del
carro
TRASLACION CON VARIADORGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE
MOTOR TRIFASICO ESTANDAR CON
FRENO DE PARADA
ACELERACION GRADUALCon un Variador se puede ajustar la velocidad en un amplio rango de ajuste.
IZAMIENTO CONUN VARIADORGRUA Y CARRO GRUA Y CARRO
PUENTEPUENTE Alimentación
MFI
Resistencia deFrenado
Mando indirecto del freno
Reductor
CableMotor
Carga
Puente
Freno
Gabinete
Unidad de Feno
Sinus K
Sistema de izamiento con un motor asíncrono trifásico controlado por un Variador Sinus K Heavy con control del freno mecánico y resistencia de frenado
Izamiento genérico
IZAMIENTO CONDOS VARIADORESGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE
Mando indirecto del freno
MFI
Resistencia de Frenado
Carga
Puente
Alimentación trifásica
Unidad de Freno
Cable
Reductor
Motor
Freno
Fig. 1
Reductor
Motor
MFI
Resistencia de Frenado
Unidad de Freno
Freno
Mando indirecto del frenoBy Pass.
Sinus K Sinus K
Master
Slave
TRASLACION CONUN VARIADORGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE
Vista lateral del carro
(B) (A)
Riel
AvanceRetroceso
Riel derecho
Right Rail(Rotaia sinistra)
Riel izquierdo
Avance
Retroceso
Motor Motor
Motor Motor
Grua Puente
Freno Freno
Sinus K
(B)
(A)
GRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE
Vista lateral del carro
(B) (A)
Riel
AvanceRetroceso
Riel izquierdo
Right Rail(Rotaia destra)
Avance
Retroceso
Motor Motor
Motor Motor
Grua Puente(Carro)
Brake (freno) Brake (freno)
Sinus K
Sinus K
(B)
(A)
TRASLACION CONDOS VARIADORES
PRENSA E INYECCIONHorizontal y Vertical
REDUCIR EL CONSUMO ENERGETICO HASTA EL 50% EN LA PRENSA Y EN LA INYECCION PARA MATERIALES PLASTICO Y/O GOMA
OBJETIVOOBJETIVOPRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION
REDUCIR DRASTICAMENTE EL RUIDO DE LA MAQUINA
REDUCIR EL CONSUMO DE AGUA DE ENFRIAMIENTO
PROLONGACION DE LA VIDA DEL ACEITE (MENOR IMPACTO AMBIENTAL)
OBJETIVOOBJETIVOPRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION
Prensa horizontal y vertical para el prensado de material plástico o goma
Prensa a compresión
APLICACIONESAPLICACIONESPRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION
APLICACIONESAPLICACIONESPRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION
Prensa mono o multimotor Prensa con motor eléctrico etc.
INSTALACION INSTALACION PRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION
Alimentación
Inverter SINUS-K
La instalación del variador, conjuntamente con el motor/bomba, resulta muy sencilla y rápida; por este motivo el mercado de la modernización de máquinas antiguas está en continuo aumento.
INSTALACIONINSTALACION (conexión eléctrica)(conexión eléctrica)
PRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION
Ajuste de la velocidad
mediante señal análoga
Selección digital multivelocidad, se emplea cuando no
está disponible una referencia análoga.
Motor/bomba
SISTEMA REGENERATIVO PARA CENTRIFUGA DE REFINERIA
CENTRIFUGA DE CENTRIFUGA DE REFINERIAREFINERIA Sistema SCADASistema SCADA
APLICACION DE BOMBEO
Control de fluídos con Control de fluídos con InversorInversor
40m
60m
Caseta de Control
3m
Transductor de Presión
Sistema de Irrigación
Presión
PID
Inversor
Control de Velocidad
Control de fluídos con Control de fluídos con InversorInversor
Control de 3 bombas con conexión en cascada.
Sonda de Presión
Alimentación3x400Vca
Pompa 1
Pompa 2
Fuse Fuse
Contador de Operación
Pompa 3
Nivel por Presión Salida
Fuse
Contador de
Operación
Colector
Control de fluídos Control de fluídos con Inversorcon Inversor
TELECONTROL
RS485
... Hasta 32 motores
1°32°
2°
CONCLUSIONECONCLUSIONESS