Teoría de Variadores

7/29/2019 Teora de Variadores

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Low Voltage Drives - DM

Victor Bonifaz, LV DRIVES, 8 de Agosto

Teora de Variadores de Velocidad


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ABB Group

Qu es un Variador de Velocidad de CA ?

Es un equipo electrnico que permite regular la velocidad de los

motores de induccin de corriente alterna trifsico.

CargaMotor

Variador

Red Elctrica


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Por qu usar un Variador de Velocidad ?

n Control de velocidad variable, ahorrando as una considerable cantidad de energa.

n Reduccin del desgaste del equipo de proceso y se logra una disminucin de la cargamedioambiental.


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Por qu usar un Variador de Velocidad ?

n Mayor calidad a travs de un mejor control del proceso.

n Un arranque y parada suave reduce las prdidas y ahorra materia prima.


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Arranque directo


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Arranque directo


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Arranque estrella -triangulo


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Este mtodo de arranque se usa con cargas conbaja inercia o el motor arranca en vaco.

Se produce un pico de corriente muy alto en latransicin de Y a D, lo que se compensa

introduciendo un retardo de 1 a 2 segundos antesdel conectar la D.

Si la corriente en el cambio es muy alta se puedeproducir un disparo del rel termomagntico.


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Arranque porresistencia estatrica

Las resistencias estatricasreducen la tensin en losterminales del motor. La

ventaja es que no ocurreuna desconexin del motor.

La IARRANQUE es 4,5 IN.El TARRANQUE es 0,75

TN.

Mt d d


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Mtodos de arranqueArranque por resistencia estatrica


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Mtodos de arranqueArranque por Autotransformador


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Esquema de Variador de Velocidad CA

FiltroDC

Rectificador

V1 V3 V5

V2V6V4

C

L +

-

U1V1W1

M 3~

Ud

Control Electrnicocontrol, monitoreo y

comunicacin

L1

L2

L3

Inversor Mot

or

Monitoreo

Control

Fuente

Ulinea

UDC

Usalida


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Transistor Bipolar De CompuertaAislada ( IGBT )

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Inversor

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Modulacin Por Ancho De Pulso

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Forma De Onda PWM

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Principio de funcionamiento

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ABB Group


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ABB Group


ABB Group


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ABB Group


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Mtodos de Control Control Vectorial


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TECNOLOGIA DTC


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Mtodos de Control Control DTC

MEDICIONES.- Se miden dos intensidades de fase del motor y la tensin de bus de

CC, junto con las posiciones de los conmutadores del inversor. Esta informacin sealimenta al Modelo de Motor adaptable, la sofisticacin de ste permite calcular datosprecisos sobre el motor.

AUTOAJUSTE.- Antes de iniciar el accionamiento DTC, el Modelo de Motor recibeinformacin sobre el motor, que se recoge durante la marcha de identificacin delmotor. As se determinan datos tales como la resistencia del estator, la inductancia

mutua.

COMPARADOR DE PAR Y COMPARADOR DE FLUJO.- Tanto el par real como elflujo real se alimentan a los comparadores, donde son comparados cada 25microsegundos con un valor de referencia del par y del flujo. Las seales de estado delpar y del flujo se calculan utilizando un mtodo de control de histresis de dos niveles.A continuacin, estas seales se alimentan al selector de pulsos ptimos.

SELECTOR DE PULSOS PTIMOS.- Cada 25 microsegundos, se suministra un pulsoptimo a los dispositivos de conmutacin del semiconductor del inversor para alcanzaro mantener un par preciso del motor. La combinacin correcta de los conmutadores sedetermina en cada ciclo de control. No existe un patrn determinado de losconmutadores.


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Mtodos de Control Control DTC

REGULADOR DE REFERENCIA DE PAR.- el valor de salida de control de la velocidad

est limitado por los lmites de par y la tensin de bus de CC. La referencia de parinterna de este bloque se alimenta al comparador de par.

BLOQUE REGULADOR DE VELOCIDAD.- Se compone de un regulador PID y de uncompensador de aceleracin. La seal de referencia de velocidad externa se comparacon la velocidad real producida por el Modelo de Motor. La seal de error se alimentaentonces tanto al regulador PID como al compensador de aceleracin. El valor de

salida es la suma de los valores de salida de ambos.

REGULADOR DE REFERENCIA DE FLUJO.- Puede dar un valor absoluto del flujo delestator al bloque comparador de flujo. La capacidad de controlar y modificar este valorabsoluto ofrece una manera fcil de realizar muchas funciones del inversor, tales comola optimizacin del flujo y el frenado del flujo.


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Control Torque Directo (DTC)

Respuesta tpica de par de 1 a 2 ms en comparacin a los 10-20ms de

los accionamientos vectoriales y de 100 ms en los escalares.

Alta estabilidad a los cambios de carga.

Control de par a bajas frecuencias. la velocidad puede Controlarse afrecuencias inferiores a 0,5Hz y ofrecer todava un par al 100% durantetodo el proceso hasta llegar a la velocidad cero.

VENTAJAS - RESPUESTA DE PAR


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Control Torque Directo (DTC)

Error entre la referencia de velocidad y el valor real a carga constante

VENTAJAS - PRECISIN DE VELOCIDAD ESTTICA DEL MOTOR

Integral de tiempo de la desviacin de velocidad cuando se aplica una velocidad de par nominaldel 100%

VENTAJAS - PRECISIN DE VELOCIDADD


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FILTROS EMC

EMC significa compatibilidad electromagntica. Es la capacidad del equipoelctrico/electrnico de funcionar sin problemas dentro de un entorno electromagntico.

Igualmente, el equipo no debe alterar ni interferir con cualquier otro producto o sistemaprximo.

Inmunidad.- El equipo elctrico debera ser inmune a los fenmenos de alta y bajafrecuencia. Los fenmenos de alta frecuencia incluyen descargas electrostticas,incrementos transitoriosrpidos, campos radiantes electromagnticos, perturbaciones de radiofrecuenciaconductora y sobretensiones elctricas transitorias.

Emisin.- La fuente de las emisiones de alta frecuencia de convertidores de frecuenciaes la conmutacin rpida de los componentes de potencia como los IGBT y laelectrnica de control.


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FILTROS EMC ENTORNOS DE INSTALACIN

Primer entorno.- El primer entorno incluye las instalaciones domsticas, as como losestablecimientos directamente conectados sin un transformador intermedio a una red dealimentacin de baja tensin que alimenta a los edificios empleados con fines domsticos.

Segundo entorno.- El segundo entorno incluye todos los establecimientos que no son los queestn directamente conectados a la red de alimentacin de baja tensin que alimenta a los edificiosempleados con fines domsticos


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FILTROS EMC CONSIDERACIONES

Redes IT (sin conexin de neutro a tierra)

Desconecte los condensadores de filtro EMC de las selecciones antes de conectar el convertidor defrecuencia a una red sin conexin a tierra.

ADVERTENCIA! Si se instala un convertidor de frecuencia con seleccin de filtro en una red IT [unsistema de alimentacin sin conexin a tierra o un sistema de alimentacin conectado a tierra de altaresistencia (por encima de 30 ohmios)], el sistema se conectar al potencial de tierra a travs de loscondensadores de filtro EMC del convertidor de frecuencia. Esto podra entraar peligro o provocardaos en la unidad.

El filtro EMC del convertidor de frecuencia incluye condensadores conectados entre elcircuito de potencia y el bastidor. Estos condensadores y los cables a motor de granlongitud incrementan la corriente de fuga a tierra y pueden provocar el disparo de losinterruptores diferenciales.


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FILTROS EMC

FILTROS EMC

EXTERNOS

FILTROS EMC

INTERNOS


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FILTROS du/dt

Los filtros du/dt suprimen los picos de tensin de salida del inversor y las fluctuacionesrpidas de tensin que afectan al aislamiento del motor. Adems, el filtrado du/dt reduce

las corrientes de fuga capacitivas y las emisiones de alta frecuencia del cable de motor,as como las prdidas de alta frecuencia y las corrientes en los cojinetes del motor.

Motores


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FILTROS du/dt

La suma del pulso inicial y el pulso de voltaje reflejado determinar el pico devoltaje en los terminales del motor. La figura es un ejemplo de la medicin en los

terminales del motor para una aplicacin con grandes longitudes de cable amotor. Mientras que el voltaje RMS es solo 466 V y el voltage en el bus DC esaproximadamente 650 V, el valor de voltaje pico - pico llega a ser hasta 2270 V,claramente mayor a 1000 V. Adems como se puede ver el motor esta sometidoa pulsos de sobretensin repetitivos.


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FILTROS du/dt

Los filtros du/dt reducen el pico de voltaje generado por el pulso de voltaje y sucorrespondiente pulso reflejado, pero tienen poco efecto sobre la pendiente del pulso.Tal como se puede ver en la imgen donde la forma de la onda sigue siendo unaPWM, solo que con una reduccin en los picos de tensin.

Especificaciones tpicas para filtros du/dt indican que ,a 1000 pies mximo, el voltajepico no exceder 1.5 veces el voltaje del bus DC. En una aplicacin con variador develocidad conectado a una red de 480 V, el voltaje en el bus DC es aproximadamente650 Vdc. Con lo cual el pico de voltaje usando un filtro du/dt sera de aproximadamente975 V, lo cual esta cerca de los valores permitidos en los estndares para motores que

no han sido diseados para el uso con variadores de velocidad.


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FILTROS SENO

Los filtros senoidales, son filtros pasabajos que convierten la onda PWM en unaonda de voltaje senoidal. Estos filtros virtualmente eliminan las ondas de voltajereflejadas y reducen al mnimo la fluctuaciones rpidas de tensin. El resultadoes una casi senoidal con una baja distorsin en la onda y picos de voltajenormales (alrededor de 1.1 veces el voltaje del bus DC)

OS S O


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FILTROS SENO

Como la salida es una onda practicamente senoidal, se pueden lograrlongitudes de cable infinitas (excepto por la caida de tensin). Este tipo de

filtros hace posible el uso de motores no diseados para el uso devariadores de velocidad con este tipo de accionamiento. En el caso demotores que si son diseados para este tipo de trabajo, los filtros senopermiten reducir prdidas e incrementos de temperatura, lo cual prolongala vida til del motor.

FILTROS d /dt FILTROS SENO


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FILTROS du/dt vs FILTROS SENO

ARMNICOS EN LOS VARIADORES DE VELOCIDAD


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FiltroDC

Rectificador

C

+

-

U1V1

W1

M 3

~

U

d

L1

L2

L3

Inversor

Motor

Corriente de Linea

V

I

V ,I

L



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I

I5=5x60Hz=300

Hz

7I =7x60Hz=420

Hz

I1

=1x60Hz=60

Hz

I 1

1

=11x60Hz=660

Hz

I1

3

=13x60Hz=780

Hz

V=Z xI




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ABB Group


Zcc

I

I

V



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Regla Prctica:

=> Red fuerte contra armnicos

=> Red dbil contra armnicos

0,0

%

1,0%

2,0%

3,

0%

4,0%

5,0%

6

,0%

2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5

Ord

er

No.

Harmonicscontentof

thevoltag

e

ActiveFrontEnd12pulsos6pulso

s


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