Servomotores y Variadores de Velocidad-Frecuencia.pdf

7/26/2019 Servomotores y Variadores de Velocidad-Frecuencia.pdf

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Variadores de velocidadfrecuencia y

Servomotores


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ndice

Aplicaciones Industriales

Introduccin a los Variadores de velocidad

Motores de Induccin CA

Fundamentos de Control de CA

Conexionado

Modos de trabajo y Criterios de seleccin

Modelos comerciales y Costos

Servomotores - Funcionamiento

Conexionado


Seccin de Aplicaciones

Criterios de seleccin


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Introduccin a los

Variadores de velocidad


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Qu es un Variador de velocidad?

El VSD(Variable Speed Driver ) es un dispositivo o conjunto de dispositivos

mecnicos, hidrulicos, elctr icoso electrnicosempleados para controlar lavelocidad giratoria de maquinarias, espec ialmente en los mo tores.

Var iado res de velocid ad

Elctr icos /

Electrnicos Motores

MecnicosCA

CC

Induccin /Asncronos

Sncronos

Jaula de ardi l la

Rotor devanadoHidrulicos

Serie

Imn permanente

CompuestoDerivacin


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Motor jaula de ardilla

Consta de un rotor constituido por una serie de

conductores metlicos dispuestosparalelamente unos a otros, y cortocircuitados

en sus extremos por unos anillos metlicos,

que se encuentra situado inmerso en un campo

magntico producido por el estator.

Este campo al girar alrededor del rotor en

estado de reposo, inducir corrientes en elmismo, que producirn a su vez un campomagntico que seguir el movimiento delcampo estatrico, produciendo una cupla opar motor que hace que el rotor gire.

La induccin en el rotor slo se produce sihay una diferencia en las velocidadesrelativas del campo estatrico y el rotrico,las cuales no pueden ser iguales ya que si lofueran no se cortaran lneas de flujo y nohabra induccin y el motor no girara, aesto se le llama resbalamiento.


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Funcionamiento

Cuando el MI se alimenta directamente

desde la red, la velocidad vara muy

poco para un amplio rango de cargas

mecnicas. Esto se debe al

resbalamiento con respecto a la

velocidad de sincronismo impuesta por

la red.

La velocidad de las maquinas de

induccin dependen proporcionalmente

de la frecuencia de red y de la cantidad

de polos que tenga la maquina deinduccin. Manteniendo una relacin de

tensin frecuencia constante


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Partes componentes de

un motor de induccin de

jaula de ardilla


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Fundamentos de Control de CA

El variador de velocidad se coloca entre la red y el motor. El variador recibe la

tensin de red a la frecuencia de red (generalmente 50 Hz) y tras convertirla y

ondularla produce una tensin con frecuencia variable.

* Adems de cambiar la frecuencia, el VSD tambin vara la tensin aplicada al motor para

asegurar que existe el par necesario en el eje del motor sin producir sobrecalentamiento.

Debe mantener una relacin Volts /Hz con stante.

Los VSD interiormente constan de:

Rect i f icador: convierte corriente

alterna de lnea de alimentacin a

corriente directa.Inversor: convierte la corriente directa

en una seal de corriente alterna de

frecuencia ajustable.

Sistema de frenado (opcional) :

direcciona la energa del motor durante

el frenado regenerativo.


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Rect i f icador:La funcin del rectificador es convertir la seal de alimentacin de CA a CD y controlar la

tensin inversora , siendo los siguientes mtodos bsicos los mas usados.

Puntos impo r tantes

- Tipo de control

- Rizado de CD ->Armnicos ->calentamiento

- Factor de potencia

- Regeneracin


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Inversor:Utiliza dispositivos de potencia que son controlados por un microprocesador para

conmutar la tensin del bus de CD y producir una seal de CA de frecuencia ajustable

para el motor; siendo el ms comn el inversor por ancho de pulso o PWM.

El inversor consiste en 6 IGBTsque se encienden y se apagan en una secuencia tal que

producen una tensin de pulsos cuadrados que alimentan al motor (las salidas reales

son a rels). Para variara la frecuencia del motor el numero de pulsos y su ancho se

ajustan, resultando un voltaje y corriente promedio del motor sinusoidal.

Punto impor tante:

DISTORSION ARMNICA -> CALENTAMIENTO ->FILTRO


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Conexionado

Proteccin

Fi l t ro de red

Paneles d e v isual izacin

Resistencia de frenado

Fi l t ro de d istors in armnica a la sal ida del

inversor


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Modos de trabajo y seleccin

El VSD se elige dependiendo del modo de trabajo de la carga, que depende del

comportamiento de su torqueen func in de la velocidad.

Torque

constante

Extrusoras, compresores, bandas

transportadoras

Torquelineal

Prensas, calandras

Torque

cuadrtico

Bombas centrfugas y ventiladores

Torque

hiperblico

Mquinas bobinadoras y

desembobinadoras

Otras caractersticas a tener en

cuenta son:

- Rangos de variacin de velocidad

del motor

- Tiempos de rampa deaceleracin y desaceleracin

(Rampa en S o en U)

- Ciclo de trabajo del motor

- Valores nomin ales del mo tor

- Valores nominales de la red

elctrica- Condiciones medioambientales

- Tipo de contro l : Analgico o

dig i ta l

- Forma de frenado

V t j d l i


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Ventajas de seleccin

Motor asncrono en uso normal con variador de velocidad

Corriente de arranque Muy elevada, del orden de 6 8 veces la

corriente nominal en valor eficaz

Limitado en el motor (en gral. 1,5

veces la corriente nominal)

Par de arranque Cd Elevado y no controlado, del orden de

2 a 3 veces el par nominal

Del orden de 1,5 veces el par nominal

y controlado durante la aceleracin

Arranque Brutal, cuya duracin solo depende de

las caractersticas del motor y de la

carga arrastrada

Progresivo, sin brusquedades y

controlado (ej: rampa lineal)

Velocidad Variando ligeramente segn la carga Variacin posible a partir de cero

hasta un valor superior a la velocidad

de sincronismo

Par mximo Cm Elevado, del orden de 2 3 veces el par

nominal

Elevado disponible para todo el rango

de velocidades

Frenado elctrico Relativamente completo, necesitaprotecciones y un esquema particular

Fcil

Inversin del sentido de

marcha

Fcil solamente despus de parada del

motor

Fcil

Riesgo de bloqueo S, en caso de exceso de par, o en caso

de bajada de tensin

No


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Torque variable Torque constante Arrancadores suaves

1 Fase 3 Fases 1 Fase 3 Fases 1 Fase 3 Fases

Potencia (HP)

208/240 Vac

208/240Vac

400/480 Vac 500/600Vac

575/600 Vac

208/230

Vac

208/230

Vac

400/480

Vac

575/600

Vac1 - 5 seg 1 - 5seg 1 - 10 seg

Con bobina

de red

Sin bobina

de red

Sin bobina

de red

Con y sin

bobina de

red

Con y sin

bobina de

red

Con bobina

de red

110V,

208V, 230V

230V,

400V,

460V

230V,

400V,

460V

1/4 - 3 639 - 935 $ 639 - 764 $ 754 - 999 $ 1889 $ 268 - 468 $ 258 - 478 $ 363 - 574 $ 484 - 660 $ 100 -115 $ 100 -115 $ 113 $

4 -10 1035 - 2525 $1586 -2943 $ 925 - 1586 $ 1125 - 1578 $1989 - 2799

$554 - 1013 $650 - 1052 $792 - 1209 $ 130 -240 $ 130 -240 $152 - 300 $

15 - 30 3586 - 6326 $4599 - 6326 $2011 - 3586 $1868 - 3042 $ 4790 - 5780 $1338 - 1721

$

1386 - 1721

$

1594 - 1979

$

40 -1254599 - 11954

$3744 - 7988 $ 6999 - 18917 $

150 -35010105 - 15672

$

21480 - 41343

$

400 -90018947 - 76722

$

56100 -

124068 $



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Ventiladores, bombas, control de puertas, manipulacion

de materiales, bandas transportadoras -> maquinarias

en general

Procesos relacionados con alimentos y

bebidas, textiles, impresin, goma y

plstico, ascensores

Bombas, ventiladores,

compresores,

mezcladoras,bandas

transportadoras ->estndar

Industriales (elevad

rendimiento): metalrgica,

cementera, minera,

energtica, qumica,

petrleo y gas

Potencia (HP)1 Fase 3 Fases 1 Fase 3 Fases 3 Fases 3 Fases

208/240 Vac 208/240 Vac 400/480 Vac 208/230 Vac208/230 Vac400/480 Vac 208/240 Vac 380/480 Vac 208/240 Vac 380/500 Vac

1/4 - 3 330 - 600 $ 300 - 550 $ 350 - 760 $ 355 - 655 $ 330 - 640 $ 390 - 740 $ 840 - 1130 $ 840 - 1130 $ 1430 - 1830 $

4 -10 680 - 1950 $840 - 1700 $ 1280 - 1945 $ 1280 - 1720 $ 1940 - 3060 $1490 - 2320 $

15 - 302300 - 3200

$2400 - 4410 $ 2070 - 3600 $ 3530 - 6300 $2680 - 4300 $

40 -125 7730 - 12970 $ 4960 - 7810 $7250 - 12340

$

4800 - 10400

$

150 -350 11200 - 15500 $12400 -

21200 $


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Ultra compactos Universales Arrancadores suaves

3 Fases 1 Fase 3 FasesAplicacin

estndar

Aplicacin

avanzada

Aplicacin

especial

Potencia (HP) 208/240 Vac200/240

Vac380/480 Vac200/240 Vac

380/480

Vac200 - 480 V 200 - 600 V 200 - 690 V

1/4 - 3 158 - 479 $ 372 - 736 $ 603 - 852 $ 421 - 905 $ 850 - 1195 $

4 -10 836 - 1170$

1077 - 1591 $ 1407 - 2287$

273 - 468 $ 625 $

15 - 30 2066 $2954 - 4953

$499 - 718 $ 720 - 1310 $ 1425 - 1869 $

40 -1256060 -

12906 $800 - 1460 $ 1497 - 3528 $ 2111 - 4305 $

150 -35014921 -

22336$4154 - 7238 $ 5003 - 9450 $

400 -900 10393 - 2204 $


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Servomotores


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Qu es un Servomotor?

Los servomotores junto con su correspondiente dr iver, son dispositivos de

accionamiento para el control de precis in de velocidad, torqu e y posic in.

Bsicamente es un servomotor, el que con t iene en su inter ior un encodery

un ampl i f icador(driver) que en su conjunto conforman un c i rcui to

real imentado para comandar posicin, torque y velocidad.

Esquema bsico de accionamiento de servomotor.


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Esquema interno de un servomotor

El dr iverdel servomotor posee el mismo

funcionamiento de un var iador de velocid ad

slo con el agregado de la real imentacin que

contro la los com ponentes del inversor PWM.


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Conexionado

Detalle de conectores de salida y

entrada de un servomotor

Ej: Diagrama de aplicacin de conexin

en una cinta transportadora

S l i li i


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Seleccin y aplicaciones

Para seleccionarel servomotor apropiado, es necesario considerar los

siguientes datos:

Potencia-> amplia gama de potencias de 100W a 300kW Velocidad-> las ms comunes son de 3000rpm o 6000rpm

Inercia de la carga

Torque requer ido-> criterio de seleccin con respecto al torque de trabajo

del motor-sistema

Requerimiento de frenado

Tamao

Tipo de enco der -> el ms comn es del tipo incremental, existiendo la

alternativa de absoluto (siendo sta ms cara)

Las apl icacionesms comunes son aquellas en donde se necesite un control

de precisin como en:

Movimiento de ngulos de brazos robticos

Bombas centrfugas y ventiladores

Auto-foco de cmaras

Sistema de posicionamiento de paneles solares

Sistema de posicionamiento de antenas

Prensas de impresin

Bobinado de textiles

M d l i l C t *


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Servomotores

230 V 400 V

Potencia (HP)

3000prm 6000rpm 3000prm 6000rpm

Con freno Sin freno Con freno Sin freno Con freno Sin freno Con freno Sin freno

1/4 - 1/2 1282 - 2032 $ 968 - 1787 $576 - 1636 $

1/2 - 1 994 - 1852 $ 1080 - 1666 $1114 - 1748 $

1- 2 1359 - 2310 $

3 - 7 1513 - 2218 $

Simotics S 1FK7

Servomotors Simotics S 1FK7

SIMOTICS S-1FL6 servomotor

Modelos comerciales y Costos*


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Servomotores

Encoder Incremental

Potencia (W)

3000 rpm

230 V

Potencia (kW)

400 V

Con freno Sin freno Con freno Sin freno

50 - 100 2445 - 2537 $ 1681 - 1490 $ 1 - 1,5 4087 - 4906 $ 3259 - 4070 $

200 - 400 2805 - 3165 $ 1865 - 2124 $ 2 - 3 5550 - 6836 $ 4332 - 4910 $

750 - 1500 3958 - 4380 $ 2676 - 3175 $ 4 - 5 7986 - 10557 $ 6524 - 9263 $


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Servomotores / 230 V

Potencia (HP) Sin freno

Con freno

freno 24 VDC freno 230 VDC

feno amplif. 24

VDC

freno amplif. 230

VDC

12 - 72 1997 - 5184 $ 2781 - 6790 $ 2804 - 6813 $ 3220 - 7244 $ 3241 - 7269 $

* Los precios no incluyen los costos de cableado, encoder, driver y software, y accesorios del servomotor.

V i d d l id d t S t ?


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Variadores de velocidad + motor o Servomotor?

Propiedades Variador de velocidad

+ Motor CA

Servomotor

COMPRA BAJO ALTO

INSTALACION BAJO MEDIO

MANTENIMIENTO MUY BAJO BAJO

POTENCIA MEDIAS A ALTAS BAJAS A MEDIASCONTROL MUY POCO VARIOS MODOS

PRECISION POCO PARA POSICION ALTA

VELOCIDAD MALO A BAJAS VELOCIDADES AMPLIO RANGO

PRESTACIONES Y TORQUE ELEVADO ELEVADO

PERDIDAS BAJAS MUY BAJAS

CONTRUCCION ROBUSTO PARA AMBIENTES

AGRESIVOS

CERRADA Y EFICIENTE EN

AMBIENTES SUCIOS

EFICIENCIA ELECTRICA ALTA MUY ALTA

A li i l b i t


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Aplicaciones generales para ambos sistemas

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