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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

    Modelos comerciales y Costos

    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 $

    Modelos comerciales y Costos

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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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    19/28

    Servomotores

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    20/28

    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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    21/28

    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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    22/28

    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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    23/28

    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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    24/28

    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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    28/28

    Aplicaciones generales para ambos sistemas