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8/20/2019 Variadores-de-Frecuencia.pdf

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VARIADORES DE

FRECUENCIA


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VARIADORES DE FRECUENCIA

Los variadores de frecuencia son aquellos equipos que sebasan en el principio de modificación de velocidad a travésde la variación de frecuencia, pueden ser programados paracambiar la velocidad en un proceso de manera controlada

sin causar disturbios en la red de alimentación.


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COMPONENTES INTERNOS


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GRADO DE PROTECCION DE LOS


VARIADORES DE GAMA BAJA

VARIADORES DE GAMA MEDIA

VARIADORES DE GAMA ALTA


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NO INCORPORAN FILTROS.

GRADO DE PROTECCION IP00 o IP21.

TEMPERATURA DE TRABAJO 40º C.

DISPONE DE MENOS 4 ENTRADAS DIGITALES Y MENOS 2 SALIDAS DIGITALES.

NO INCORPORA COMUNICACIÓN SERIE.

VARIADORES DE GAMA BAJA


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VARIADORES DE GAMA MEDIA

LOS FITROS SON OPCIONALES

GRADO DE PROTECCION IP21


INCORPORA COMUNICACIÓN SERIE PERO DISPONE POCOSPROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN

DISPONE ENTRE 4 y 7 ENTRADAS Y 2 o 3 SALIDAS DIGITALES

PID INTERNO

CONTROL ESCALAR

ALGUNOS INCORPORAN MACROS DE APLICACIONES


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VARIADORES DE GAMA ALTA

EQUIPADOS CON FILTROS A LA ENTRADA

BOBINAS DE CHOQUE A LA ENTRADA Y SALIDA

GRADO DE PROTECCION IP54


MÍNIMO DE 7 ENTRADAS Y 3 SALIDAS DIGITALES

SELECCIÓN DE CONTROL VECTORIAL O CONTROL ESCALAR

PLC INCORPORADO PARA DESARROLLAR CON EL PROPIOVARIADOR CUALQUIER APLICACIÓN DESEADA, O CONFIGURAR UNVARIADOR A SU MEDIDA, PODER DISPONER DE TEMPORIZADORES,TANTOS PID COMO REQUIERA LA APLICACIÓN, PUERTAS LÓGICAS,CONTADORES, GENERADORES DE PULSO, OSCILADORES, ETC.


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VARIADORES DE FRECUENCIA EN MOTORESDE INDUCCIÓN


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• VELOCIDAD SINCRONICA EN

MOTORES• ns = 60 x f = 120 x f r.p.m

p 2p

• TABLA DE VELOCIDADESSINCRONICAS


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• DESLIZAMIENTO :

s (%) = ns – n x 100

ns

• Ejemplo: ¿Qué deslizamiento tiene un

motor de 6 polos, 50Hz, si su velocidad es

de 960 rpm?

s (%) = 1000 –960 x 100

1000


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CRITERIO DE SELECCIÓN

•Peso del equipo a instalar.

•Resolución de frecuencia.

•Factor de sobrecarga con

momento constante (tiempo de

duración del mismo).

•Frecuencia de entrada.

•Temperatura ambiente.

•Grado de protección.

•Tensión de entrada .

•Intensidad nominal de salida del

convertidor con momento constante.

•Intensidad nominal de salida del

convertidor con momento variable.

•Potencia del motor.

•Dimensiones del variador.

•Si posee o no filtro antiparasitario.

•Rango de frecuencias de salida.

El criterio de selección a seguir para la elección del

variador de velocidad teniendo en cuenta una técnicade máximo rendimiento son los siguientes :

•Tipos de carga a maniobrar por el convertidor: esta depende si lacarga es constante (cinta transportadora, hormigoneras, etc.) o lacarga es variable (ventiladores y bombas).


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POTENCIA podemosdefinirla como la cantidadde trabajo que puedeefectuar una máquina.

el par motor. Par motorpodemos definirlo, pues,como la capacidad que tieneuna máquina para realizar untrabajo

Potencia y motor

La potencia que puede proporcionar un motor depende delnúmero de revoluciones que éste lleve y a cada velocidad degiro le corresponde una potencia determinada:

Esta potencia aumenta a medida que crecen las revolucionespor minuto, y la máxima potencia la alcanzará el motor almáximo número de revoluciones para las que está proyectado


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PAR CONSTANTE

En la industria la mayor parte de las maquinas empleadas

funcionan a PAR constante.

El par es independiente de la velocidad.

En el arranque existe frecuentemente un sobrepar inicial maselevado que el par nominal.

Grúas• P es la potencia (en W)• M es el par motor (en N·m)• ω es la velocidad angular (en rad/s)

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/Torque_animation.gif


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PAR CRECIENTE LINEALMENTE CON LA VELOCIDAD

Estas maquinas el par varia linealmente con la velocidad

La potencia varia con cuadrado de la velocidad

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/74/Bomba_de_engranajes1.JPG


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¿POR QUÉ UTILIZAR VARIADORES DEFRECUENCIA PARA CONTROLAR VENTILADORES

Y BOMBAS?

1. Ahorro de energía

2. Control Mejorado.

3. Compensación de cos φ.

4. No se requiere un arrancador en estrella/triángulo oarrancador suave


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Los variadores de frecuencia sacan partido de las leyesde proporcionalidad para lograr la principal ventaja deluso de variadores que es el ahorro de electricidad.

Si se compara con sistemas de control y tecnologías

alternativos, un variador de frecuencia es el sistema decontrol de energía óptimo para:

Ahorro de energía

ventiladores bombas


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Como muestra la figura de arriba, elcaudal se controla cambiando lasrpm, al reducir la velocidad sólo un20% respecto a la velocidad nominal,el caudal también se reduce en un20%, esto se debe a que el caudal es

directamente proporcional a las rpm,sin embargo el consumo eléctrico sereduce en un 50%. Si el sistema encuestión sólo tiene que suministrar uncaudal correspondiente al 100%

durante unos días al año, mientrasque el promedio es inferior al 80% delcaudal nominal para el resto del año,el ahorro de energía es inclusosuperior al 50%.

Ejemplo:


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Si se utiliza un variador de frecuencia para controlar el caudal o lapresión de un sistema, se obtiene un control mejorado.

Control simple del proceso (caudal, nivel o presión) utilizando elcontrolador PID integrado en el variador de frecuencia.

Un convertidor de frecuencia puede variar la velocidad de unventilador o una bomba, lo que permite obtener un control variable de

caudal y presión.

adapta rápidamente la velocidad de un ventilador o de una bomba alas nuevas condiciones de caudal o presión del sistema

Control Mejorado


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Compensación de cos φ

En general, un variador de frecuencia con un cos φ igual a 1proporciona una corrección del factor de potencia para el cos φ delmotor.

significa que no hay necesidad de considerar el cos φ del motorcuando se dimensiona la unidad de corrección del factor depotencia.


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Estos arrancadores de motor no se necesitan si seusa un variador de frecuencia ya que nunca consumemás corriente que la nominal.

No se requiere un arrancador en estrella/triángulo o

arrancador suave

Cuando se necesita arrancar motores relativamente

grandes es necesario usar equipos que limitan latensión de puesta en marcha.

En los sistemas tradicionales, se utiliza con frecuenciaun arrancador en estrella/triángulo o arrancador suave.


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DESCRIBIR LOS COMPONENTES DE LOSVARIADORES DE FRECUENCIA

La función principal de variador de frecuencia es ofrecer unavelocidad regulable para los varios tipos de cargas conectadas al motorde CA (típicamente, un motor trifásico).

Existen varios tipos de variadores ( AC Drives) disponibles en elmercado, dependiendo del tipo de esquema de control utilizado y el tipo

de potencia de salida entregada.

Existen varias formas de generar una alimentación de voltaje variabley frecuencia variable.

En el pasado, se operaba un alternador a diferentes velocidadescon su excitación regulada para obtener el nivel de voltaje deseado.

Esta operación se realiza en la actualidad con componentes de estadosólido y control electrónico.


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Básicamente, cada uno de ellos se divide en cuatrosecciones principales .

La sección de potencia de CC

La sección de filtros

La sección de potencia de CA

La sección de control


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Sección de Potencia de CC

Para variadores de baja potencia, se pueden utilizar los SCRs encircuitos de puente rectificador monofásicos, mientras que en la

mayoría de los variadores más grande se usa un circuito puenterectificador de onda completa.

En la sección de potencia, el suministro fijo de entrada de CA (ya

sea monofásico o trifásico) es convertido en voltaje variable de CC(utilizando rectificadores o SCRS).

Configuraciones comunes para convertir CA trifásica en CC.

Convertidor trifásicode media onda

Convertidor trifásicode onda completa


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La salida de voltaje CC del convertidor puede regularse al

controlarse el ángulo de disparo de los SCRs.En algunos esquemas, cuando solo se necesita una salida de

voltaje CC fijo, se utiliza un circuito trifásico de rectificación deonda completa de diodos en lugar de los SCRs, eliminandocualquier requerimiento de control hacia esa sección.


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La salida del convertidor es corriente continua pulsante. Lasección de filtros se utiliza para obtener una salida estable sinondulaciones de corriente.

Sección de filtros

Este filtro está en una configuración condensador (C) o inductor-

(L), dependiendo de la cantidad de filtración requerida.


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La corriente continua

estable obtenida de lasección de filtro essuministrada al inversor.

El inversor ofrece en su salida la

frecuencia, el voltaje y la secuenciade fase requeridas.

El Inversor entrega unacorriente alterna defrecuencia regulable a unmotor trifásico.

El inversor usualmente está

compuesto por SCRs ( otransistores, dependiendo delos requerimientos de potencia)que son utilizados comointerruptores. Al secuenciar la

sección conmutación y lapolaridad de la CC


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En una aplicacióntípica de transmisión defrecuencia variable, elcontrol del inversor es

responsable de variar lafrecuencia de la onda desalida, mientras que elconvertidor se utiliza paravariar la amplitud de la

onda de salida.

Una de las funciones principales de esta sección es ofrecer señales de disparo

a los convertidores SCRs y a los circuitos de conmutación del inversor (yasean SCRs o transistores).

Las señales se envían con el fin de controlar la frecuencia y el voltajepara la velocidad deseada.

En los esquemas de controldonde la salida del convertidor

es fija, el control del inversorvaria tanto la frecuencia de laonda como los cambios enmagnitud.


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Para lograrlo, la razón de voltaje a frecuencia (V/f)deberá mantenerse constante a medida que cambia lafrecuencia.

La velocidad del motor de CA depende de lavelocidad sincrónica del campo giratorio del estator.

Como el rotor siempre corre a una velocidadsincrónica inferior a ésta (debido al deslizamiento), lavelocidad del rotor es siempre afectada por cualquiercambio de frecuencia.

A fin de mantener la misma relación en lacurva torque -velocidad, el flujo del campodel estator deberá mantenerse a un valorconstante.


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APLICACIONES:

• TRANSPORTADORAS

•

BOMBAS Y VENTILADORES CENTRIFUGOS• BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

• ASCENSORES

• CENTRIFUGAS

• PRENSAS MECANICAS

• MAQUINAS TEXTILES

• COMPRESORES DE AIRE


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Cálculo del tamaño de gabinete

La ecuación para calcular Rth (°C/W), la resistencia térmica máxima permitidadel gabinete es:

Ti = Temp. ambiente interna máx. (°C)alrededor del variador

To = Temp. ambiente externa máx. (°C)

alrededor del gabineteP = Potencia total disipada en el gabinete (W)

Rth = Resistencia térmica del gabinete(calculada anteriormente)

K = Resistencia térmica por 6,45 cm2(pulgada cuadrada) del gabinete


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El siguiente ejemplo ilustra el cálculo para obtener el tamaño de gabinetepara un variador de velocidad ATV28HU72N4U (5 hp) montado en ungabinete tipo 12 o IP54.

• Temperatura externa máxima: To = 25 °C• Potencia disipada dentro del gabinete: P = 131 W • Temperatura interna máxima: Ti = 40 °C• Resistencia térmica por 6,45 cm2 (pulgada cuadrada) del gabinete: K = 186

Calcular la resistencia térmica máxima permitida, Rth:

Calcular el área útil mínima de la superficie de intercambio de calor, S:


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• Altura: 711 mm (28 pulg)• Anchura: 610 mm (24 pulg) • Profundidad: 305 mm (12 pulg)

Calcular el área útil mínima de la superficie de intercambio de calor, S:Area útil de la superficie de intercambio de calor (S) del gabinetepropuesto montado en la pared:

Si el gabinete seleccionado no proporciona el área de superficie

requerida o no cumple con las necesidades de la aplicación, considere losiguiente:

• Utilice un gabinete más grande. •Agregue una unidad de aire acondicionado al gabinete.

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