Download - 14 Variadores de Velocidad

VARIADORES VARIADORES DE VELOCIDAD DE VELOCIDAD

Y SUS Y SUS APLICACIONES APLICACIONES

EN LA EN LA INDUSTRIA INDUSTRIA

(INVERSORES)(INVERSORES)

INVERSORESINVERSORES Diagrama de BloquesDiagrama de Bloquesde un Inversor de un Inversor

El inversor transforma la corriente AC en corriente DC, para luego convertirla en pulsos y generar una corriente AC que permita controlar la frecuencia y el voltaje de salida.

Pre-Charge Resistor

By-pass contacto

r

Frequency Converter DC-

AC:IGBT Bridge

AC-DC Input

Rectifire

DC Bus Capacitors

f=60Hz

DC + f=300Hz

f=0-800Hz

RST

(+)

(-)

M~

UVW

INVERSORESINVERSORES Forma de la Onda de Forma de la Onda de Salida Salida

Cómo genera el inversor la forma de onda del voltaje de salida?

Vout Período de Switcheo = 1/fsw

Valor medio del voltaje de salida

INVERSORESINVERSORES Control del MotorControl del Motor

Cómo puede controlar el inversor un motor, el cual debe ser controlado con torque constante o potencia constante?

Volt

Frecuencia nominal máx. Frec.

Torque Constante Potencia Constante

Voltaje nominal

Diseño de un Diseño de un Motor TrifásicoMotor TrifásicoINVERSORESINVERSORES

Arrollamientos ElectromagnéticosBarras del

Rotor

EstatorRotor

Vista lateral

INVERSORESINVERSORES Diseño de un Diseño de un Motor TrifásicoMotor Trifásico

Rotor

Estator

Carcaza

Entrehierro

Arrollamiento del Estator

Vista Lateral

INVERSORESINVERSORES Velocidad del EstatorVelocidad del Estator

Formula para determinar la velocidad del estator

60 * FPolos/2

Donde:60 : Representa 60 segundos en un minutoF : Representa la frecuencia de salidaPolos/2 = Número de pares de polos

INVERSORESINVERSORES Qué es el slip?Qué es el slip?

Para generar un torque en un motor de inducción, se debe hacer circular una corriente en el rotor. Para generar un flujo de corriente en el rotor, la velocidad del rotor debe ser un poquito más lenta que la velocidad síncrona. La diferencia entre la velocidad síncrona y la velocidad del rotor (rated speed) se denomina deslizamiento (slip).

Estator

Flujo

RotorSlip

INVERSORESINVERSORES Cálculo de la velocidad Cálculo de la velocidad del motordel motor

Formula para determinar las RPM del motor :

N = 60 * F (1 – s)

P/2

Donde:N : RPM del motorF : Frecuencia en HzP : Número de polos del motorS = (No – N)/No

DefinicionesDefiniciones

Para poder comprender bien el empleo de los inversores, es de importancia conocer que: Potencia: relación para realizar trabajo Torque: potencia del movimiento Torque de Carga: torque requerido por la aplicación Torque del Motor : torque disponible de la máquina primaria

INVERSORESINVERSORES

INVERSORESINVERSORES Potencia y TorquePotencia y Torque

La Potencia es el producto del torque por la velocidad P = T x nDonde: T : torquen : velocidad


P T nMax

Med

Min

P T nMax

Med

Min

La La potencia potencia aumenta aumenta

si el si el torque torque

aumentaaumenta


La potencia aumenta cuando la velocidad aumenta

P T nMax

Med

Min

P T nMax

Med

Min

La La potencia potencia

aumenta si aumenta si la la

velocidad velocidad aumentaaumenta

Nay Electric


La potencia aumenta cuando la velocidad aumenta La potencia aumenta proporcionalmente con la velocidad

TorquePotencia

P T nMax

Med

Min

0%

25%

50%

75%

100%

125%

0% 50% 100% 150%

Speed (%)

INVERSORESINVERSORES Torque y VelocidadTorque y Velocidad

Curva de Velocidad vs.TorqueSlip

Rotor bloqueado Torque (150%)

Plena carga Torque (100%)

Pull Up Torque (125%)

Breakdown Torque (200-250%)

Rated Speed Synch Speed

TORQUE CORRIENTE

(300%)

(200%)

No Load Current (30%)

INVERSORESINVERSORES Torque Torque

Generación del Torque cuando se conecta un inversor

F (Hz)F (Hz) 50503.3.00

RPM (4 polos)RPM (4 polos) 150015009090

Torque Max. (200%)

Rotor bloqueado Torque(150%)Plena Carga

Torque(100%)

INVERSORESINVERSORES Torque y VelocidadTorque y VelocidadCómo varía el Torque con la Velocidad cuando se emplea un inversor ?

80 % Torque.

40 % Torque.

100% Torque.

Hz

Volt

Freq. Nominal

Nom. V.

Max freq.

Torque Constante

Potencia ConstanteTorque

4 Hz

8 Hz

Entradas DigitalesEntradas Digitales

Estandar - Entradas no configurables Run/Stand by.Hace que funcione el inversor. Si esta activada, el inversor comienza a funcionar; si se desactiva durante el funcionamiento, el inversor deja de controlar el motor y la carga se detendrá por la acción de la inercia.

Run/Stop.Si se activa, el motor arranca; primero, siguiendo la rampa de aceleración hasta alcanzar la velocidad deseada. Si se desactiva, el inversor frenará al motor siguiendo la rampa de desaceleración.

Alarm ResetEn caso de alarma, al desaparecer el motivo de la misma, y al activarse esta señal, el inversor resetea el estado de alarma y el motor puede arrancar otra vez.


Entrada AnálogaEntrada Análoga

El inversor tiene tres entradas análogas configurables para ajustar la velocidad del motor : VREF: Desde 0 hasta 10Vdc; es la suma de los voltajes que llegan a los terminales 2 y 3 referidos al terminal 1 (0V). El default es la referencia de la velocidad. IREF: Desde 0 (4) hasta 20mA; se en cuentra en los terminales 21 (+) y 22 (-). IN AUX: Desde 0 hasta 10Vdc entre los terminales 19 (+) y 20 (0V).



El inversor convierte las señales análogas en valores digitales. Es posible fijar para cada señal el origen y la escala máxima de la recta de conversión mediante dos parámetros, llamados bias (origen) y gain (esto determina la escala máxima) respectivamente.

INVERSORESINVERSORESV

alor

Con

vert

ido

Señal Analoga

20 mA0 mA 4 mABias

Gain

Bias = 0 Gain= 100%

Bias = -25% Gain= 125%

Entrada AnálogaEntrada AnálogaINVERSORESINVERSORES

La formula para calcular el valor del bias y del La formula para calcular el valor del bias y del gain es:gain es:FREF = C6/100*(P16+Vref%/100*P17) + FREF = C6/100*(P16+Vref%/100*P17) + C6/100*(P19+Iref%/100*P20)C6/100*(P19+Iref%/100*P20) A veces puede ser muy difícil solucionar esta A veces puede ser muy difícil solucionar esta formula; en la siguiente página se tiene una tabla formula; en la siguiente página se tiene una tabla que muestran los valores ya calculados para los que muestran los valores ya calculados para los casos más complejos.casos más complejos.


Tabla para valores calculados del bias y gain


Vref BiasP16 (%)

Vref Gain P17 (%)1

Iref BiasP19 (%)

Iref Gain P20 (%)

PIN# 2(V)

PIN# 3(V)

PIN# 21(mA)

J6P18

OutputFrequency

C22 = TermC29 = ExtC30 = INAUXMDI1 MDI5 OFF

Default 0 100 -25 125 0 10 0 0 + 0 Fomax1 (C06)

Default 0 100 -25 125 0 0 4 20 + 0 Fomax1 (C06)

EXAMPLE 1 25 75 -25 125 0 10 0 0 + 25% Fomax1 Fomax1 (C06)

EXAMPLE 2 100 -100 -25 125 0 10 0 0 + Fomax1 0

EXAMPLE 3 0 200 -25 125 0 5 0 0 + 0 Fomax1 (C06)

EXAMPLE 4 0 100 0 100 0 0 0 20 + 0 Fomax1 (C06)

EXAMPLE 5 200 -200 -25 125 5 10 0 0 + Fomax1 0

EXAMPLE 6 0 100 -25 125 -10 10 0 0 -/+ -Fomax1(C6) Fomax1

INVERSORESINVERSORES Rampas y ReferenciasRampas y Referencias

Qué es una rampa ?Qué es una rampa ? Qué es una referencia ?Qué es una referencia ?

INVERSORESINVERSORES RampasRampas

Hay dos tipos diferentes de rampas: rampa de aceleración y rampa de desaceleración La rampa de aceleración es el tiempo en La rampa de aceleración es el tiempo en el cual el motor pasa desde cero hasta la el cual el motor pasa desde cero hasta la velocidad máxima.velocidad máxima. La rampa de desaceleración es el tiempo La rampa de desaceleración es el tiempo en el cual el motor pasa desde la máxima en el cual el motor pasa desde la máxima velocidad hasta cero.velocidad hasta cero.

INVERSORESINVERSORES Configuración deConfiguración delas rampaslas rampas

La rampa de aceleración se configura mediante el parámetro P05 (0…6500sec.) La rampa de desaceleración se configura mediante el parámetro P06 (0…6500sec.) Realmente, el inverter tiene 4 tiempos diferentes de aceleración y desaceleración. Las rampas pueden ser seleccionadas mediante una configuración binaria de dos entradas digitales: ver tabla inferior.

MDI4 0 1 0 1

MDI4 0 0 1 1

Active acc.ramp

P05 P07 P09 P11

Active dec.ramp

P06 P08 P10 P12

INVERSORESINVERSORES Rampas Suaves Rampas Suaves

Si se requiere una rampa suave, se puede emplear la función “soft ramp”. El parámetro P13 contiene el rango (al comienzo y al final de la rampa) donde es necesario multipicar el tiempo de la rampa. El parámetro P14 es el valor multiplicador.

0

50

ACC RUNNING DEC.

Time

FRE

QU

EN

CY

Standard ramp Soft ramp

Velocidad de Velocidad de ReferenciaReferencia

La velocidad de referencia es la señal que es enviada al inversor para que el motor gire a la velocidad requerida.

El inversor puede tomar la señal de referencia desde: Teclado Entradas digitales (función multi-frequency) Función Up/Down Señal análoga de 0 a 10Vdc o de 0(4) a 20mA Control Remoto via conexión serial Función Interna PIDSiempre es necesario definir la fuente de la referencia.


INVERSORESINVERSORES Multi-frecuenciaMulti-frecuencia

El inversor es capaz de almacenar 15 valores de referencia fijos. Mediante un código binario a través de 4 entradas digitales, se fijará el valor de referencia del inversor. En la tabla de abajo se muestra como seleccionar el valor de referencia a través de las entradas digitales:MDI1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

MDI2 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

MDI3 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

MDI4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Active freq.

None

P40 P41 P42 P43 P44 P45 P46 P47 P48 P49 P50 P51 P52 P53 P54

INVERSORESINVERSORES Funciones importantes Funciones importantes implementadas en el implementadas en el

inversorinversor

Modo Regenerativo Frenado dinámico Freno DC Corriente limitada Protección Térmica Segunda curva V/F PID

INVERSORESINVERSORES FrenoFreno

Cuando el motor frena, este se convierte Cuando el motor frena, este se convierte en un generador, de manera que la en un generador, de manera que la potencia fluye desde el motor hacia el potencia fluye desde el motor hacia el inversor.inversor.

M

1FU

L1L2L3

(+)

(-)

INVERSORESINVERSORES FrenoFreno

Cuando el motor esta generando, la Cuando el motor esta generando, la potencia no puede retornar a la línea potencia no puede retornar a la línea principal a través de los rectificadores de principal a través de los rectificadores de entrada. Esto puede originar que el voltaje entrada. Esto puede originar que el voltaje del bus DC pueda alcanzar el límite de del bus DC pueda alcanzar el límite de sobrevoltaje; entonces el inversor se sobrevoltaje; entonces el inversor se protegerá activando una alarma de protegerá activando una alarma de sobrevoltaje.sobrevoltaje.

M

1FU

L1L2L3

(+)

(-)

INVERSORESINVERSORES Frenado DinámicoFrenado Dinámico

El frenado dinámico es un proceso en el El frenado dinámico es un proceso en el cual la energía regenerativa de la carga, se cual la energía regenerativa de la carga, se disipa como calor en la resistencia de disipa como calor en la resistencia de frenado.frenado.

1FU

L1L2L3

(+)

(-)

M

Braking unit

Resistor

Heat

INVERSORESINVERSORES Frenado DinámicoFrenado Dinámico

Cómo se implementa la unidad de frenado?Cómo se implementa la unidad de frenado? Haciendo el parámetro C57 = Yes (Brake unit Haciendo el parámetro C57 = Yes (Brake unit inserted). Hasta los variadores con una inserted). Hasta los variadores con una potencia de 18.5kW, la unidad de frenado esta potencia de 18.5kW, la unidad de frenado esta integrada en el variador, para potencias integrada en el variador, para potencias mayores se debe conectar la resistencia en mayores se debe conectar la resistencia en forma externa.forma externa.

INVERSORESINVERSORES Frenado DCFrenado DC

Intensidad de la corriente DC permanente a ser suministrada.

C87 = %Tiempo del frenado DC antes de la rampa de aceleración

C83 = seconds

Habilita la inserción de una corriente permanente DC para mantener el torque en el eje

C86 = Yes/NoTiempo del frenado DC después de la rampa de desaceleración

C82 = seconds

Intensidad del frenado DC en % de la corriente del inversor.

C85 = %Habilita el frenado DC antes de la rampa de aceleración

C81 = Yes/No

Frecuencia de salida del frenado DCC84 = HzHabilita el frenado DC

al final de la rampa de desaceleración

C80 = Yes/No FunciónParámetroFunciónParámetro

Para detener el eje cuando se esta girando a baja velocidad,Para detener el eje cuando se esta girando a baja velocidad, o o para mantener bloqueado el eje al momento del arranque, para mantener bloqueado el eje al momento del arranque, es posible suministrarle al motor una corriente DCes posible suministrarle al motor una corriente DC; ; la cual la cual genera un torque estáticogenera un torque estático. . Esta función se empleaEsta función se emplea en cargas en cargas que tienen una gran inercia.que tienen una gran inercia.

INVERSORESINVERSORES Protección Térmica Protección Térmica del Motordel Motor

El inversor puede ser usado como un protector El inversor puede ser usado como un protector térmico para el motor; esta función ha sido térmico para el motor; esta función ha sido implementada a través de un software.implementada a través de un software. Para habilitar esta función, se debe considerar Para habilitar esta función, se debe considerar la siguiente tabla :la siguiente tabla :

Parameter Function Range Default

C 70 Enable function No: Thermal P. disabledYes: Considers only thecurrent valueYes A: Considers a motorwith colling forcedYes B: Considers a motorwith fan fixed to the shaft

NO

C 71 Motor’s nominal currentexpressed as % of theinverter rated current

1 …. 120 % 105 %

INVERSORESINVERSORES Segunda Curva V/FSegunda Curva V/F

El inversor puede controlar dos motores El inversor puede controlar dos motores diferentes usando dos tendencias V/F diferentes usando dos tendencias V/F diferentes, las cuales pueden ser elegidas diferentes, las cuales pueden ser elegidas mediante dos entradas digitales.mediante dos entradas digitales.Vol

t

Nominal freq. 1C05

Nominal voltage.1C08

Max freq.1C06

Nominal voltage.1C14

Nominal freq. 2C11

Max freq.1C12 HzHz

INVERSORESINVERSORES Función PIDFunción PID

El PID es un lazo de control, el cual compara el valor del set point con el valor de la medición momentánea, y genera una salida correspondiente al error dinámico que depende de factores de la parte proporcional, integral y derivativo del controlador.

Retroalimentación

ReferenciaSalida

P.I.D. Acción Medición

Donde: Referencia: es el valor deseado. Acción: es el evento que genera la condición requerida. Medición: mide el valor momentáneo de la salida y la retroalimenta.

INVERSORESINVERSORES Función PIDFunción PID

La figura de abajo muestra el comportamiento transitorio hasta alcanzar el set-point (estado estable):

Time

Set point

1

2

3

4

GRUA GRUA PUENTEPUENTE

GRUA Y CARRO GRUA Y CARRO PUENTEPUENTE

PROBLEMA:PROBLEMA:

EN EL IZAMIENTO

EN LA TRASLACION

(A)

(B)(B)(A)

IZAMIENTO TRADICIONALGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE

ACCIONAMIENTO EN CONTINUA

Los problemas que se presentan al emplearse un accionamiento con motor CC son:- usa escobillas (generación de perturbaciones)- motor de gran dimensión (tamaño y peso)- costo elevado

Empleo del Accionamiento AC-DC

Accionamiento AC-DC bidireccional

MOTOR EN CONTINUA

+-

IZAMIENTO CON VARIADORGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE

CONTROL DEL IZAMIENTO

MOTOR ESTANDAR EN

ALTERNA

Sinus k – IP20

Sinus K mod.Cabinet – IP24-IP54


VENTAJAS AHORRO ECONOMICO.Con motor en alterna estándar en IP54-55:40% más económicos que los motores con anillo50% más económicos que los motores CC

ELEVADO GRADO DE PROTECCION.- IP55 con el motor en alterna - IP23 accionamiento en continua

ELIMINACION DEL COSTO DE MANTENIMIENTO DEBIDO A LA ’ELECTROMECANICA’- Sustitución de la escobilla y el contactor por un elemento estático (VARIADOR) eliminandose el costo relativo al mantenimiento

DIMENSION REDUCIDA- Las dimensiones del motor de alterna con su accionamiento son casi la mitad del tamaño que los motores de anillo - A igualdad de clase de protección, los motores en alterna tienen la mitad del tamaño que los de corriente continua


PRECISION EN EL POSICIONAMIENTO Y REGULACION FINA DE LA VELOCIDAD

- Sin retroalimentación (con lazo abierto): control de la velocidad entre el 5-100%- Con retroalimentación (con lazo cerrado con encoder): control de la velocidad entre el 1-100%

VENTAJAS :

ELIMINACION DEL ACCIONAMIENTO AUXILIAR DE IZAMIENTO Empleado tradicionalmente para el funcionamiento a velocidad reducida

ACCIONAMIENTO LINEAL DEL IZAMIENTOCon rampa programable de aceleración y desaceleración.Se evita el esfuerzo mecanico debido a la velocidad de tracción del peso del

carro

TRASLACION CON VARIADORGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE

MOTOR TRIFASICO ESTANDAR CON

FRENO DE PARADA

ACELERACION GRADUALCon un Variador se puede ajustar la velocidad en un amplio rango de ajuste.

IZAMIENTO CONUN VARIADORGRUA Y CARRO GRUA Y CARRO

PUENTEPUENTE Alimentación

MFI

Resistencia deFrenado

Mando indirecto del freno

Reductor

CableMotor

Carga

Puente

Freno

Gabinete

Unidad de Feno

Sinus K

Sistema de izamiento con un motor asíncrono trifásico controlado por un Variador Sinus K Heavy con control del freno mecánico y resistencia de frenado

Izamiento genérico

IZAMIENTO CONDOS VARIADORESGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE

Mando indirecto del freno

MFI

Resistencia de Frenado

Carga

Puente

Alimentación trifásica

Unidad de Freno

Cable

Reductor

Motor

Freno

Fig. 1

Reductor

Motor

MFI

Resistencia de Frenado

Unidad de Freno

Freno

Mando indirecto del frenoBy Pass.

Sinus K Sinus K

Master

Slave

TRASLACION CONUN VARIADORGRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE

Vista lateral del carro

(B) (A)

Riel

AvanceRetroceso

Riel derecho

Right Rail(Rotaia sinistra)

Riel izquierdo

Avance

Retroceso

Motor Motor

Motor Motor

Grua Puente

Freno Freno

Sinus K

(B)

(A)

GRUA Y CARRO PUENTEGRUA Y CARRO PUENTE

Vista lateral del carro

(B) (A)

Riel

AvanceRetroceso

Riel izquierdo

Right Rail(Rotaia destra)

Avance

Retroceso

Motor Motor

Motor Motor

Grua Puente(Carro)

Brake (freno) Brake (freno)

Sinus K

Sinus K

(B)

(A)

TRASLACION CONDOS VARIADORES

PRENSA E INYECCIONHorizontal y Vertical

REDUCIR EL CONSUMO ENERGETICO HASTA EL 50% EN LA PRENSA Y EN LA INYECCION PARA MATERIALES PLASTICO Y/O GOMA

OBJETIVOOBJETIVOPRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION

REDUCIR DRASTICAMENTE EL RUIDO DE LA MAQUINA

REDUCIR EL CONSUMO DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

PROLONGACION DE LA VIDA DEL ACEITE (MENOR IMPACTO AMBIENTAL)

OBJETIVOOBJETIVOPRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION

Prensa horizontal y vertical para el prensado de material plástico o goma

Prensa a compresión

APLICACIONESAPLICACIONESPRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION

APLICACIONESAPLICACIONESPRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION

Prensa mono o multimotor Prensa con motor eléctrico etc.

INSTALACION INSTALACION PRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION

Alimentación

Inverter SINUS-K

La instalación del variador, conjuntamente con el motor/bomba, resulta muy sencilla y rápida; por este motivo el mercado de la modernización de máquinas antiguas está en continuo aumento.

INSTALACIONINSTALACION (conexión eléctrica)(conexión eléctrica)

PRENSA E INYECCIONPRENSA E INYECCION

Ajuste de la velocidad

mediante señal análoga

Selección digital multivelocidad, se emplea cuando no

está disponible una referencia análoga.

Motor/bomba

SISTEMA REGENERATIVO PARA CENTRIFUGA DE REFINERIA

CENTRIFUGA DE CENTRIFUGA DE REFINERIAREFINERIA Sistema SCADASistema SCADA

APLICACION DE BOMBEO

Control de fluídos con Control de fluídos con InversorInversor

40m

60m

Caseta de Control

3m

Transductor de Presión

Sistema de Irrigación

Presión

PID

Inversor

Control de Velocidad

Control de fluídos con Control de fluídos con InversorInversor

Control de 3 bombas con conexión en cascada.

Sonda de Presión

Alimentación3x400Vca

Pompa 1

Pompa 2

Fuse Fuse

Contador de Operación

Pompa 3

Nivel por Presión Salida

Fuse

Contador de

Operación

Colector

Control de fluídos Control de fluídos con Inversorcon Inversor

TELECONTROL

RS485

... Hasta 32 motores

1°32°

2°

CONCLUSIONECONCLUSIONESS