Variadores de velocidad y arrancadores suaves

Variadores de velocidad y arrancadores suaves

introduccion

Variador de velocidad

El Variador de Velocidad (VSD, por sus siglas en ingls Variable Speed Drive) es en un sentido amplio un dispositivo o conjunto de dispositivos mecnicos, hidrulicos, elctricos o electrnicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores. Tambin es conocido como Accionamiento de Velocidad Variable (ASD, tambin por sus siglas en ingls Adjustable-Speed Drive). De igual manera, en ocasiones es denominado mediante el anglicismo Drive, costumbre que se considera inadecuada. La maquinaria industrial generalmente es accionada a travs de motores elctricos, a velocidades constantes o variables, pero con valores precisos. No obstante, los motores elctricos generalmente operan a velocidad constante o casi-constante, y con valores que dependen de la alimentacin y de las caractersticas propias del motor, los cuales no se pueden modificar fcilmente. Para lograr regular la velocidad de los motores, se emplea un controlador especial que recibe el nombre de variador de velocidad. Los variadores de velocidad se emplean en una amplia gama de aplicaciones industriales, como en ventiladores y equipo de aire acondicionado, equipo de bombeo, bandas y transportadores industriales, elevadores, llenadoras, tornos y fresadoras, etc. Un variador de velocidad puede consistir en la combinacin de un motor elctrico y el controlador que se emplea para regular la velocidad del mismo. La combinacin de un motor de velocidad constante y de un dispositivo mecnico que permita cambiar la velocidad de forma continua (sin ser un motor paso a paso) tambin puede ser designado como variador de velocidad.

Ejemplo

esquema

Motivos para emplear un variador de velocidad

El control de procesos y el ahorro de la energa son dos de las principales razones para el empleo de variadores de velocidad. Histricamente, los variadores de velocidad fueron desarrollados originalmente para elcontrol de procesos, pero elahorro energticoha surgido como un objetivo tan importante como el primero.

Operaciones ms suaves.

Control de la aceleracin.

Distintas velocidades de operacin para cada fase del proceso.

Compensacin de variables en procesos variables.

Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba.

Ajuste de la tasa de produccin.

Permitir el posicionamiento de alta precisin.

Control delPar motor(torque).

Tipos de variadores de velocidad

Variadores mecnicos

Variador de paso ajustable: este dispositivo empleapoleas ybandasen las cuales el dimetro de una o ms poleas puede ser modificado.

Variador de traccin: transmitepotenciaa travs de rodillos metlicos. La relacin de velocidades de entrada/salida se ajusta moviendo los rodillos para cambiar las reas de contacto entre ellos y as la relacin detransmisin.

Variadores hidrulicos

Variador hidrosttico: consta de unabomba hidrulicay un motor hidrulico (ambos de desplazamiento positivo). Una revolucin de la bomba o el motor corresponde a una cantidad bien definida de volumen del fluido manejado. De esta forma la velocidad puede ser controlada mediante la regulacin de una vlvula de control, o bien, cambiando el desplazamiento de la bomba o el motor.

Variador hidrodinmico: empleaaceite hidrulicopara transmitir par mecnico entre un impulsor de entrada (sobre un eje de velocidad constante) y un rotor de salida (sobre un eje de velocidad ajustable). Tambin llamadoacoplador hidrulicode llenado variable.

Variadorhidroviscoso: consta de uno o ms discos conectados con un eje de entrada, los cuales estar en contacto fsico (pero no conectados mecnicamente) con uno o ms discos conectados al eje de salida. El par mecnico (torque) se transmite desde el eje de entrada al de salida a travs de la pelcula de aceite entre los discos. De esta forma, el par transmitido es proporcional a lapresin ejercida por elcilindro hidrulico que presiona los discos.

Variadores elctrico-electrnicos.

Existen cuatro categoras de variadores de velocidad elctrico-electrnicos:

variadores para motores deCC.

variadores de velocidad por corrientes de Eddy.

variadores de deslizamiento.

variadores para motores deCA(tambin conocidos comovariadores de frecuencia)

elctrico-electrnicos.

Los variadores elctrico-electrnicos incluyen tanto elcontroladorcomo el motor elctrico, sin embargo es prctica comn emplear el trmino variador nicamente al controlador elctrico.

Los primeros variadores de esta categora emplearon la tecnologa de lostubos de vaco. Con los aos despus se han ido incorporandodispositivos de estado slido, lo cual ha reducido significativamente el volumen y costo, mejorando la eficiencia y confiabilidad de los dispositivos.

Variadores para motores de CC

Estos variadores permiten controlar la velocidad de motores decorriente continuaserie, derivacin, compuesto y deimanes permanentes. Los variadores de velocidad son dispositivos que permiten variar la velocidad de un motor controlado elctricamente. Para el caso de cualquiera de las mquinas anteriores se cumple la siguiente expresin:

Vt = K x FM x Nm donde

Vt es el voltaje terminal, k es la constante de la maquina, Fm es el flujo magntico producido por el campo y Nm es la velocidad mecnica(rpm).

Despejando la formula quedara:

Entonces, puede observarse que la velocidad mecnica de un motor de CC es directamente proporcional al voltaje terminal (VT) e inversamente proporcional al flujo magntico (FM), el cual a su vez depende de la corriente de campo (IF). Aprovechando esta situacin es que este tipo de variadores puede controlar la velocidad de un motor de CC: controlando su voltaje terminal, o bien, manipulando el valor de la corriente de campo.

Variadores por corrientes de Eddy

Un variador de velocidad por corrientes de Eddy consta de un motor de velocidad fija y un embrague de corrientes de Eddy. El embrague contiene un rotor de velocidad fija (acoplado al motor) y un rotor de velocidad variable, separados por un pequeo entrehierro. Se cuenta, adems, con una bobina de campo, cuya corriente puede ser regulada, la cual produce un campo magntico que determinar el par mecnico transmitido del rotor de entrada al rotor de salida. De esta forma, a mayor intensidad de campo magntico, mayor par y velocidad transmitidos, y a menor campo magntico menores sern el par y la velocidad en el rotor de salida. El control de la velocidad de salida de este tipo de variadores generalmente se realiza por medio de lazo cerrado, utilizando como elemento de retroalimentacin un tacmetro de CA.

Variadores de deslizamiento

Este tipo de variadores se aplica nicamente para los motores de induccin de rotor devanado. En cualquiermotor de induccin, la velocidad mecnica (nM) puede determinarse mediante la siguiente expresin:

Donde s es el deslizamiento del motor, cuyo valor oscila entre 0 y 1. De esta forma, a mayor deslizamiento, menor velocidad mecnica del motor. El deslizamiento puede incrementarse al aumentar laresistenciadel devanado del rotor, o bien, al reducir elvoltajeen el devanado del rotor. De esta forma es que puede conseguirse el control de la velocidad en los motores de induccin de rotor devanado. Sin embargo, este tipo de variadores es de menor eficiencia que otros, razn por la cual en la actualidad tiene muy poca aplicacin.

Variadores para motores de C.A

Los variadores de frecuencia (siglas AFD ,del inglsAdjustable Frecuency Drive; o bien VFDVariable Frecuency Drive) permiten controlar la velocidad tanto de motores de induccin (asncronos dejaula de ardillao derotor devanado), como de los motores sncronos mediante el ajuste de la frecuencia de alimentacin al motor.

Para el caso de unmotor sncrono, la velocidad se determina mediante la siguiente expresin:

Cuando se trata de motores de induccin, se tiene: Ns: velocidad de sincrona(rpm).

Nm: velocidad mecnica(rpm).

F: frecuencia de alimentacin(Hz).

S: deslizamiento(adimensional).

P: numero de polos.

Como puede verse en las expresiones , la frecuencia y la velocidad son directamente proporcionales, de tal manera que al aumentar la frecuencia de alimentacin al motor, se incrementar la velocidad de la flecha, y al reducir el valor de la frecuencia disminuir la velocidad del eje. Por ello es que este tipo de variadores manipula la frecuencia de alimentacin al motor a fin de obtener el control de la velocidad de la mquina

Estos variadores mantienen la razn Voltaje/ Frecuencia (V/Hz) constante entre los valores mnimo y mximos de la frecuencia de operacin, con la finalidad de evitar lasaturacin magntica del ncleo del motor y adems porque el hecho de operar el motor a un voltaje constante por encima de una frecuencia dada (reduciendo la relacin V/Hz) disminuye el par del motor y la capacidad del mismo para proporcionar potencia constante de salida.

Variador de ac y esquema de uso

Arrancadores suaves

Arrancadores suaves.

Los arrancadores suaves controlan continuamente la corriente que recibe el motor, siempre adaptndose a las curvas caractersticas de la carga, disminuyendo el esfuerzo mecnico y reduciendo los picos en la alimentacin.

Entre sus caractersticas principales estn:

Diseo compacto y programacin anloga

Rango de corriente entre 12,5 y 106,0 Amp, con voltaje de alimentacin entre 200 y 480 VAC 10

Rampas de aceleracin y desaceleracin de 0,1 a 20,0 seg

Semiconductores (Tiristores) con control en dos fases y modulacin continua de la tensin para una operacin segura y confiable

Proteccin trmica incorporada

Ajuste a travs de potencimetros de las rampas de aceleracin, desaceleracin y tensin de inicio de funcionamiento

Ajuste de la proteccin trmica del arrancador a travs de potencimetros para calibracin de comente nominal y clase de disparo

Reduce los picos de carga del motor y los choques mecnicos en el sistema

Arranque con torque reducido justo como los circuitos estrella - tringulo, pero en lugar de 6 cables solo se requieren 3 cables para su instalacin motor

conexiones

Ventajas del arranque suave

Tipos de arrancadores

Contactor semiconductor / Arrancador suave DS

La familiaarrancadores DS permite un arranque electrnico del motor limpio y suave. Proporciona el control de dos fases manteniendo una directa, el par del motor se corresponde con el rendimiento de la carga y proporciona una buena aceleracin. Evitan el estrs mecnico y posibles picos. Diseados y desarrollados para reemplazar la clsica funcin estrella / tringulo, los arrancadores DS se pueden utilizar como arrancadores suaves (cargas motrices) o contactores semiconductores (cargas sin motor).

Arrancador suave DM4

El DM4 es el arrancador suave electrnico de ms alto rendimiento, se puede ajustar a los requisitos individuales de cualquier aplicacin y ofrece un arranque suave con gran eficiencia. Una reduccin de la corriente del motor en el arranque y unos parmetros especficos para cualquier aplicacin aseguran el mximo rendimiento de las tres fases del motor. El DM4 se puede conectar directo o en tringulo.Los mdulos opcionales de comunicacin y las protecciones de motor integradas, simplifican y aseguran su integracin en cualquier aplicacin.

Arrancadores suaves DS7

La nueva familia de arrancadores DS7 proporciona una mayor eficiencia que el sistema de arranque directo y/o estrella / tringulo en el arranque de motores de hasta 15kW de potencia. De tamao extremadamente compacto y con diversas tensiones de control se adapta a cualquier aplicacin. Adicionalmente y como opcin se puede conectar un ventilador especfico para ampliar la frecuencia de conmutacin. Diseado para integrarlo en el sistemade arranque de motores Eaton,destaca por su ptima combinacin con la proteccin seleccionada (PKZ o PKE).

Daniel palacios realpet.a.i 45sena salomiaautomatizacin industrial