PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE...

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PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

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PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO VENTAJAS

PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1

PARTE 1

3

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 Introduccioacuten

2 Criterios para la Seleccioacuten de los Variadores de Velocidad

3 Ahorro de energiacutea en bombas y ventiladores con Variadores de Velocidad

31 Curvas tiacutepicas en bombas y ventiladores32 Desplazamiento de la curva de la bomba en

funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad33 Desplazamiento de las curvas de potencia y

rendimiento en funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad

34 Relaciones baacutesicas para el control de potencia

35 Rendimiento de las bombas con Variador4 Meacutetodos del control de flujo

5 Informacioacuten necesaria para consulta correcta en el aacutembito del ahorro de energiacutea

SUMARIO ndash PARTE 1

4

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN

1

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 2: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

2

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1

PARTE 1

3

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 Introduccioacuten

2 Criterios para la Seleccioacuten de los Variadores de Velocidad

3 Ahorro de energiacutea en bombas y ventiladores con Variadores de Velocidad

31 Curvas tiacutepicas en bombas y ventiladores32 Desplazamiento de la curva de la bomba en

funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad33 Desplazamiento de las curvas de potencia y

rendimiento en funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad

34 Relaciones baacutesicas para el control de potencia

35 Rendimiento de las bombas con Variador4 Meacutetodos del control de flujo

5 Informacioacuten necesaria para consulta correcta en el aacutembito del ahorro de energiacutea

SUMARIO ndash PARTE 1

4

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN

1

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 3: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

3

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 Introduccioacuten

2 Criterios para la Seleccioacuten de los Variadores de Velocidad

3 Ahorro de energiacutea en bombas y ventiladores con Variadores de Velocidad

31 Curvas tiacutepicas en bombas y ventiladores32 Desplazamiento de la curva de la bomba en

funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad33 Desplazamiento de las curvas de potencia y

rendimiento en funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad

34 Relaciones baacutesicas para el control de potencia

35 Rendimiento de las bombas con Variador4 Meacutetodos del control de flujo

5 Informacioacuten necesaria para consulta correcta en el aacutembito del ahorro de energiacutea

SUMARIO ndash PARTE 1

4

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN

1

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 4: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

4

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN

1

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 5: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 6: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 7: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 8: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 9: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 10: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 11: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 12: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 13: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 14: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 15: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Cor

rien

te d

e V

aria

dor

()

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 16: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 17: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 18: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

POTENCIA A PAR

VARIABLEPVP

MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 19: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 20: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 21: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALT

UR

A P

OTE

NC

IA Y

REN

DIM

IEN

TO

H (m)

CAUDAL

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 22: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H

16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 23: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 24: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 25: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 26: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 27: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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Page 28: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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Page 29: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica

20 m

etro

s70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas de RendimientoCurvas H-Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 30: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NC

IA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 31: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

Q

FLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NC

IA

KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 32: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 33: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra e

staacutet

ica

20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash P

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 35: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD

9

8

Q

ALT

UR

A

H

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NC

IA

KW

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 36: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA

LTU

RA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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RealizadoPilar Navarro

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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()

A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

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Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

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1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 38: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 39: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

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Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

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VENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

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5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

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PARTE 2

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

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1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

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1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 41: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo

VENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 42: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

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1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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2

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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3

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 44: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten

2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten

3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla

4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 46: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

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Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 47: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 49: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 51: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 53: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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4

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 55: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como

IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

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57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rrien

te To

tal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 58: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EI

middotmiddotmiddot21

22

2

2

)middot(

SXR

SEI

rr

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100

TEN

SIOacute

N D

E SA

LID

A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

V

C

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia

Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo

Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

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Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

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68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve-ve-ve

parpar+

ve+ve

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PARPAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido

Par continuo

PA

R

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PA

R

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PA

R

Par continuo

Par resistente requerido

VelocidadPar re

sistente requerido

PA

R

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

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Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

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Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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