UNIDAD V
Aplicaciones
Índice 1. Introducción 2. Objetivos 3. Contenidos de la unidadIV 3.1. Variadores de velocidad de motores DC 3.2. Variadores de velocidad de motorers AC 4. Ejemplos
“Aplicaciones” 1. INTRODUCCION Una buena aplicación práctica, donde se apliquen los conocimientos adquiridos es el objetivo e todo estudiante, por eso, en esta unidad le presentamos las aplicaciones que proporcionan los diversos fabricante de variadores, cada uno con mayores datos que otros, unos más Interesantes, etc, pero la idea que dependientemente del fabricante nosotros estemos capacitados para dar solución a cualquier problema que se presente en nuestro trabajo. 2. OBJETIVOS El objetivo de esta unidad es analizar las diversas aplicaciones al proceso productivo implementadas con variadores, además, aplicar las ideas encontradas en dichos ejemplos para llevarlas a la práctica. 3. CONTENIDO DEL CURSO 3.1. VARIADOR DE VELOCIDAD DC Las consultas sobre el funcionamiento de estos circuitos serán respondidas durante el desarrollo del curso. VARIADOR DE VELOCIDAD DE MOTOR DC M – DRIVE
CONEXIONES EXTERIORES DEL EQUIPO REPRESENTADO EN LA PÁGINA ANTERIOR A continuación se estudian los elementos principales que comprenden el quipo de maniobra del motor c.c., con regulación por variador de un cuadrante. L1 L2 Alimentación principal de c.a. L3 P.E. – Conducción de Tierra F1 – Fusibles de protección para grupo rectificador a base de tiristores. F2 – Fusibles de protección para equipo de rectificación y regulación del variador. F3 – Fusibles de protección del equipo de maniobra. F4 – Fusibles de protección del motor de ventilador. F5 – Relé térmico de protección del motor M2. XL – Inductancias de red. TR – Transformador para circuito de maniobra. VAR – Variador de velocidad de un cuadrante. L1` L2` Alimentación de c.a. a grupo rectificador. L3` E1 E2 Alimentación de c.a. a equipo de rectificación y regulación del variador. E3 EC – Entradas cables de control. DT – Dinamo tacométrica. Cable apantallado. Atención a polaridad y giro. M1 – Moto inducido. IN – Inductor.
KA1 – Relé de arranque. KM1 – Contador de potencia para alimentación rectificación. KM2 – Contador de potencia para motor M2. M2 – Motor trifásico para el venilador. S1 – Pulsador de marcha del motor – ventilador. S2 – Pulsador de macha del motor y equipo principal. S3 – Pulsador de paro.
EQUIPO DE REGULACION UNIDIRECCIONAL Este equipo sólo permite un sentido de giro al motor. En este esquema simplificado se representan las partes principales del equipo regulador. 1. Rede trifásica de corriente alterna, 220/380v; 50/60 Hz. Si el equipo es de otra tensión, habrá que colocar un tiristores. 2. Equipo rectificador de corrientes trifásicas, a base de tirisores. 3. Transformador – Rectificador a tensión constante, con la que se alimenta el devanado inductor. 4. Motor de c.c. Devanado inducido. 5. Devanado inductor de excitación shunt. 6. Dinamo tacométrica accionada por el motor M. 7. Potenciómetro exterior de regulación y selección de la velocidad. 8. Modulador. 9. Regulador de la corriente. 10. Regulador de la velocidad. 11. Rampa de aceleración. 12. Comparador. 13. Rectificador de corriente con variación de sus valores en función de los consumos del motor, devanado inducido.
Esquema de base para el mando de una moto de c.c. por medio de un variado reversible ntiparalelo a tiristores.
El variador consta de los elementos siguientes: A – Conjunto de variador. B – Elementos de regulación del va riador. C – Elementos de potencia del variador. Análisis detallado del esquema 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.
Red de corriente alterna (L1-L2). Seccionador con fusible. Contador KM1. Transformador T. Fusibles de protección en circuito de c.a. que procede al equipo rectificador F1. Puente convertidor constituido por dos grupos de tiristores G1 y G2 en conexión antiparalelo. Resistencia shunt. Inducido del motor de c.c. (A-BH) Iductor del motor de c.c. Bobinado independiente J-K. Dinamo tacométrica para control de la velocidad real del motor. Elemento regulador de velocidad. Elemento regulador de intensidad (+ I). Elemento regulador de intensidad (- I). Componentes de contrastes y regulación. Elementos de control.
CONEXIONES EXTERIORES DEL EQUIPO REPRESENTADO EN LA PÁGINA ANTERIOR
3.2. VARIADOR DE VELOCIDAD AC Las aplicaciones son presentadas por SIEMENS y su producto MICROMASTER
APLICACIONES ESTANDAR Lavadora industrial EL uso de convertidores de frecuencia en las típicas lavadoras industriales presenta problemas debido a la fuerte necesidad de par a baja velocidad y a una muy alta velocidad de giro en el centrifugado. El alto par de arranque y la rápida respuesta dinámica del MICROMASTER Vector permite suaves rotaciones del bombo bajo todas las condiciones de carga posibilitando su uso en estas aplicaciones sin mayor problema.
En el ejemplo mostrado, la velocidad típica en el comienzo de ciclo de lavado es de 5 Hz y durante el centrifugado asciende hasta los 150 Hz. El sistema de control esta realizado a medida de la aplicación, reflejando el alto volumen de unidades vendidas de estos sistemas. El convertidor es controlado a través de las entradas digitales las cuales se parametrizan para arrancar, controlar la dirección de giro, código binario de frecuencias fijas y selección de rampas. Estos ajustes dan un alto grado de flexibilidad permitiendo la selección de hasta 8 frecuencias fijas en ambas direcciones y la selección de dos tiempos distintos de aceleración/desaceleración, uno por cada ciclo de lavado y uno para el ciclo de centrifugado. Un refinamiento mayor en el diseño es el uso de la entrada analógica del convertidor para un grado de control mayor. Esto permite al sistema sumar las frecuencias fijas una señal de frecuencia adicional para lavados especiales como la seda.
Las salidas relés del convertidor están configuradas para ser activadas cuando se alcanza la consigna y cuando se detecta un fallo. En esta aplicación, se utiliza un motor con una PTC incorporada ya que este puede alcanzar temperaturas muy elevadas. La PTC se conecta directamente al convertidor que parara el motor e indicara un fallo cuando la temperatura del motor sea demasiada alta.
Control de grúas para coches En un sistema de este tipo el coche, junto con el cable para el equilibrado, suponen una carga de inercia muy alta para el convertidor. Esto significa que el convertidor debe generar un par de inicio muy alto en el motor para asegurar un arranque suave. El MICROMASTER Vector y el MIDMASTER Vector son ideales para aplicaciones como estas, ya que son capaces de suministrar hasta el 200% del par de arranque 3 s eliminando la necesidad de sobredimensionar el convertidor.
El ejemplo mostrado, se utiliza un MICROMASTER Vector para un pequeño sistema de elevación (3 plantas). Se usa una resistencia de frenado para las paradas del elevador. Se programan dos frecuencias fijas, 50 Hz que corresponden a 1 m/s y 6 Hz para los periodos de acercamiento de la parada. Los tiempos de aceleración son de tres segundos con 0.7 s de suavización de rampas. El control se hace a través de entradas digitales las cuales se usan para seleccionar la dirección (DIN1, DIN2), frecuencias fijas (DIN3, DIN4) , y en este caso, inyección de CC para el frenado (DIN5). Un relé de salida se usa para el control del freno del motor, el otro se configura para señalar fallos en el controlador del elevador. Después de la apertura del freno del motor, el elevador es acelerado sobre el eje, alcanzando los 50 Hz de velocidad de operación. Hay sensores de proximidad en el eje del elevador las cuales se conectan al PLC y que informan al sistema que el elevador se esta
acercando a la planta donde debe desacelerar y parar. Cuando el coche pasa por el primer sensor de proximidad, el elevador desacelera hasta la velocidad mas baja. Cuando se pasa el segundo, el ascensor y para el freno del motor se vuelve a activar. El control vectorial y la configuración suave de las curvas de aceleración – desaceleración posibilitan el movimiento controlado del coche bajo todas las condiciones asi como mantener el confort del pasajero particularmente en las fases de arranque y parada. Los convertidores MICROMASTER y MIDIMASTER Vector ofrecen también opciones de frenado externo e inyección CC cuando el motor esta parado y para la precarga del mismo.
Se elije un SIMATIC S7-313 como controlador con las prestaciones y la capacidad de extensión necesarias para manejar todas las I/O de los sensores de proximidad, detectores de planta, indicadores etc.
Cinta transportadora de ladrillos cerámicos En las típicas aplicaciones de cerámica, se usa una cinta transportadora para transportar los azulejos hacia el horno. Se necesita un cinta para asegurar que los azulejos se sitúan convenientemente en cada columna del horno. En la aplicación que mostramos, la cinta arranca cuando el azulejo cruza la primera barrera luminosa y para, cuando pasa la segunda.
El convertidor es arrancado y parado por un PLC SIMATIC S7-212 a través del DIN 1. La selección de la frecuencia de consigna se consigue cuando los DIN 4 y 5 los cuales se configuran con el código de frecuencias fijas, para conseguir con estas 2 entradas hasta 4 frecuencias distintas. El DIN 2 se usa para la selección de las rampas. Esta configuración permite al sistema ser usado para distintos tipos de productos con mayores frecuencias y rampas mas cortas de acelereracion/desaceleración según el tamaño del proceso. El usuario selecciona el tipo de producto en el de operador que comunica la información al PLC a traves de cuatro entradas digitales, 2 salidas digitales del PLC se utilizan como información adicional. El panel sirve también para controlar y visualizar el proceso. Las salidas rele del convertidor se conectan al PLC e indican que la frecuencia de salida se ha alcanzado y que ha ocurrido un fallo. La salida analogica del convertidor se conecta directamente al panel de control. Si la intensidad es demasiado alta significa que los rodamientos del motor o alguna otra parte móvil están obstruidos y requerirán mantenimiento inmediato. Un interruptor de emergencia esta conectado directamente al
DIN 6 y permite al usuario parar al convertidor rápidamente (OFF2) sin necesidad de quitar alimentación. El MICROMASTER Vector es particularmente adecuado para esta aplicación debido al alto y controlado par de arranque permitiendo rampas de aceleración / desaceleración muy cortas sin desenganche del motor y también debido a la consistente respuesta de tiempo que optimiza la precisión en el espacio de los azulejos. Se elije un SIMATIC S7 – 212 como controlador de coste ajustado pero con las suficientes I/O para esta aplicación.
