Iniciación a la variación de velocidad
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Temario •Objeto y principio de la variación de velocidad •Conceptos teóricos •El motor eléctrico •Dinámica del movimiento, los 4 cuadrantes •Elec Elecció ciónn del vari variad ador or de velo veloci cida dadd •Tipos de variadores
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Temario •Objeto y principio de la variación de velocidad •Conceptos teóricos •El motor eléctrico •Dinámica del movimiento, los 4 cuadrantes •Elec Elecció ciónn del vari variad ador or de velo veloci cida dadd •Tipos de variadores
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Tipos de accionamientos *
RED
Velocidad Fija
MOTOR
REDUCTOR MAQUINA
Velocidad Variable
RED VARIADOR CENTRO DE FORMACION
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MOTOR
MAQUINA 3/46
Fases de un movimiento * Velocidad
Aceleración
Ma = Mac+Mr Par motor: Mm Par resistente: Mr
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Régimen estable Mm = Mr
Deceleración
Tiempo
Mra = Mr+Mf
Par arranque: Ma Par acelerador medio: Mac
Par de ralentizado: Mra Par de frenado: Mf
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Ventajas de la variación *
EN LA ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA: MENOR sobre intensidad de arranque POSIBILIDAD de ahorro de energía OPTIMIZACION del factor de potencia
DEL SISTEMA
EN EL MOTOR
CONTROL continuo y a distancia
Menores esfuerzos mecánicos
FLEXIBILIDAD de configuración
Menos calentamientos
REGLAJE según aplicación
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Objeto y principio de la variación de velocidad
Fijar la velocidad de movimiento Varias velocidades por movimiento Aproximación (lento) Trabajo (rápida)
Arrancar y parar con suavidad Menor corriente arranque Menor golpe mecánico Posicionar
Ajustar un parámetro proceso Presión, caudal, etc. Bobinado, V. Corte lineal
Retorno (muy rápido)
Mantener la velocidad constante Variaciones en la red Variaciones en la carga
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Sincronizar velocidad, posición
Entre máquinas o partes
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Principio de funcionamiento del motor
B
X
X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
i X
X
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UN CONDUCTOR QUE PORTA CORRIENTE, EN PRESENCIA F
DE UN CAMPO MAGNETICO EXPERIMENTA LA ACCION DE UNA FUERZA SOBRE EL.
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Fórmulas *
r PAR
M=F.r
F F TRABAJO
W=F.D
POTENCIA
P=W/t
D F
D CENTRO DE FORMACION
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Los cuatro cuadrantes PAR
VELOCIDAD PAR
VELOCIDAD *
*
PAR VELOCIDAD
VELOCIDAD
VELOCIDAD
PAR
PAR
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Carga arrastrada
Pot. Eléctrica
RED
CARGA
MAQUINA VELOCIDAD
VELOCIDAD
PAR
PAR
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Pot. Mecánica
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Carga arrastrante Pot. Eléctrica RED
Pot. Mecánica
MAQUINA
CARGA
RESISTENCIA VELOCIDAD
VELOCIDAD
PAR
PAR
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Elección del variador de velocidad Datos necesarios : • POTENCIA para generar el par motor • TIPO DE CARGA que manejamos • DINAMICA del accionamiento • PRECISIÓN requerida
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Potencia Se determina según : • • • • •
Par resistente Par de arranque Pérdidas por diversas causas Tiempo de arranque Factores de desclasificación
Se elige según corriente nominal En elevación se pasa a un calibre superior
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Tipos de Carga Par resistente (Mr) 1- Constante o fuerte par 3- Creciente
4- Cuadrático o par estándar
2- Inverso Velocidad (w) CENTRO DE FORMACION
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Par resistente constante El par es constante
Mr = k
La potencia proporcional a la velocidad P= Mr * V
P= k * V
Presente el 80% de los casos Transporte horizontal Elevación Trenes laminación, etc. CENTRO DE FORMACION
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Par resistente cuadrático El par es proporcional al cuadrado de la velocidad Mr=k· w
2
La potencia es proporcional al cubo de la velocidad P=Mr· w
P=k· w
3
Presente en Ventilación y Bombas centrífugas CENTRO DE FORMACION
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Dinámica y Precisión DINAMICA
PRECISION
Tenemos alta dinámica si:
Para :
Necesitamos tiempos cortos en
Mantener la velocidad
Arranque, Paro e Inversión Parar en posición Carga arrastrante ( elevación, alta inercia)
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Par bajas vueltas
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SOLUCIONES POSIBLES DE VARIACION
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Soluciones posibles MOTORES CORRIENTE CONTINUA CORRIENTE ALTERNA ROTOR JAULA ARDILLA CORRIENTE ALTERNA ROTOR BOBINADO SERVOMOTORES
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EQUIPOS VARIADORES ARRANCADORES VARIADORES VARIADORES CON RESISTENCIAS ROTORICAS VARIADORES SERVO
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Variador y motor de corriente continua RED
inducido excitación
M
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Arrancador y motor de corriente alterna
= CENTRO DE FORMACION
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Variador y motor de corriente alterna
1/1000
ATV 58 FVC 1/100
ATV 58
ATV 28
1/10
ATV 58
ATV 11 0.18
0.37
2,2
5.5
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15
Potencia kW
ATV 68 55
220
630
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Variador y motor CA rotor bobinado E Telemecaniqu e
T
E Telemecanique
T
ST ATOVAR 4
M
VARIADOR STATOVAR
STV-64
M
MÓDULO DE CONTROL DE LOS CONT. ROTORICOS
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RESISTENCIAS ROTORICAS
CONTACTORES ROTORICOS
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Variador servo y servomotor
MOTOR Brushless de imanes permanentes Rotor de baja inercia Alta dinámica Sensor de velocidad integrado VARIADOR Especifico para este motor CENTRO DE FORMACION
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SELECCIÓN DEL VARIADOR
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Criterios de selección
Características técnicas aplicación Coste de variador + motor + instalación Coste de mantenimiento Prestaciones adicionales
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Valoración soluciones Características Coste Compra Técnicas
Coste Manto
Prestaciones Auxiliares
Variador CC Arrancador CA Variador CA Rotor bobinado Servos
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Variadores motores de corriente alterna
ATV 11 ATV28 ATV38 ATV58 ATV58F ATV68
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Motor asíncrono trifásico CA rotor en cortocircuito
Estator Ventilador Caja de conexiones Cojinetes CENTRO DE FORMACION
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Rotor
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Circuito magnético - Corona estatórica: estatórica Chapas magnéticas (espesor 0,35 y 0,5 mm) aisladas por barnices, ranuradas, prensadas y sujetas a la carcasa. - Entrehierro - Corona rotórica: rotórica Chapas magnéticas aisladas, apiladas sobre el eje y ranuradas. CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS
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Funcionamiento del motor de inducción (ASM) - estator
Estator: 3 bobinas defasadas 120° geometricos
F
+ 3 tensiones defasadas 120° en el tiempo = campo magnético giratorio
nΦ
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=
f × 60 p
[rpm]
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Funcionamiento del motor de inducción (ASM) - rotor
Rotor:
F* F
I U
1. principio - generador U = f (F, t) 2. principio - motor
n ASM
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=
f × 60 p
×
T = f (F, I)
(1 s ) [rpm] −
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Deslizamiento
1. Si el rotor estuviera rotando a la la velocidad sincrónica, las barras de este serían estacionarias con respecto al campo magnético y no habría voltaje inducido. 2. Si el voltaje inducido es cero, no habría corriente en el rotor ni tampoco campo magnético rotórico. Sin este campo,el par inducido sería cero y el motor se pararía por pérdidas de rozamiento. 3. En consecuencia, un motor de inducción puede acelerar hasta una velocidad cercana a la de sincronismo, pero nunca podrá alcanzarla. 4. Vemos, que mientras los campos magnéticos del rotor y del estator rotan conjuntamente a una velocidad sincrónica, el rotor en sí girará a una velocidad menor. CENTRO DE FORMACION
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Características del motor Corriente
Par
Corriente de arranque 6 . . 8 In
La característica M-N varía en función del tipo de rotor
Corriente máxima 3. .4 In Par máximo 2.5 Par nominal Par de arranque 1.5 Par nominal Par nominal Corriente nominal In
Z. INESTABLE
Velocidad mínima
Z. ESTABLE
Velocidad nominal Velocidad de sincronismo ns = 60 f / pp
Velocidad
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Arranque directo
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¿CÓMO LOGRAMOS LA VARIACION?
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Velocidad del motor de inducción (ASM)
n ASM
=
f × 60 p
×
(1 s ) [rpm] −
motor de anillos rozantes con resistencias en el circuito del rotor conmutación de pares de polos frecuencia del variador
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Variación del número de pares de polos 1. Devanados independientes. 2. El mismo devanado, cambiando el sentido de la I en las bobinas.
CONEXIÓN DAHLANDER
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Variadores y su evolución
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Principio de funcionamiento
V1, f1 Puente Rectificador
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Bus de Continua
Puente Ondulador Trifásico
V2 ,f2
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Diagrama de bloques
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Función principal del variador (VSD) Puente rectificador Condensadores Puente inversor de 6 diodos del bus CC interno con 6 IGBT L1
U
L2
V
L3
W
t
t
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Esquema de potencia CARGADOR CONDENSADORES ONDULADOR
R S T RESISTENCIA DE FRENADO
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Control de flujo vectorial Motor cc:
T = F x Ia F Ia
T = F x IR F IR
AFE ... escobillas devanado de compensación Flujo y par se pueden ajustar separadamente uno del otro CENTRO DE FORMACION
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Motor trifásico de inducción
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(producto de vectores)
Flujo y par (corriente de rotor = corriente activa) sólo son controlables actuando conjuntamente sobre la tensión y la frecuencia La regulación del campo orientado produce una desconexión del control 43/46
Ley tensión / frecuencia
Z = r +2
fL
Z disminuye proporcionalmente
Si la frecuencia disminuye (efecto reducir velocidad)
SE DEBE REDUCIR PROPORCIONALMENTE LA TENSIÓN PARA EVITAR SOBRECALENTAMIENTO DEL MOTOR POR EXCESO DE CONSUMO
N Ó I S N E T
FRECUENCIA
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Curva par / velocidad Par / Par nominal 2 CONTROL 1,7 VECTOR IAL DE FLUJO
60s
1 0,5 1 Hz 25 Hz
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2s
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50 Hz
80 Hz
Frecuencia
45/46
