INSTRUMENTACIÓN INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL CODIGO: AA3070
LABORATORIO N° 11 “
”
VARIADORES DE VELOCIDAD - AC DRIVES
1.1.- Bolivar Soncc o Gerardo 2.- Marr oq uín Estr ada Elvis Alumnos: 3.3.- Peralta Peralta Iruri Iruri J ord dy 4.4.- Perez Perez Rodrig uez Ángelo Grupo
:
C5-A C5A
Sem estr e
:
III III
Fecha de entrega
:
13
05
Nota: 16
Hora:
Instrumentación Industrial
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Tema :
VARIADORES DE VELOCIDAD - AC DRIVES Nota:
Departamento de Electrotecnia Industrial
I.
OBJETIVOS:
Identificar la estructura de un variador de velocidad.
Identificar el principio de funcionamiento de un variador AC.
Instalar y conectar un motor a un variador de velocidad.
Configurar los parámetros más importantes de un variador de velocidad.
II.
MATERIAL Y EQUIPO:
Variador de velocidad
Motor trifásico asíncrono LENZE.
Voltímetro.
Osciloscopio
Cables de conexión.
III.
Fecha: 13/05/2016
Grupo Lab. Nº
SEGURIDAD EN LA EJECUCIÓN DEL LABORATORIO
Tener cuidado con el tipo y niveles ni veles de voltaje que suministran a los equipos Antes de utilizar los instrumentos cerciorarse si son de entrada o de salida, para no dañar los equipos, verificar presiones y conexiones de los instrumentos Tener cuidado en la conexión y en la desconexión de los equipos utilizados
IV. PRECAUSIONES DE SEGURIDAD 1. 2. 3. 4.
Recuerde en todo momento que debe consultar las especificaciones técnicas de los dispositivos antes de presurizarlos y/o energizarlos. Recuerde en todo momento que está trabajando con líneas de aire presurizadas. Nunca aplique aire comprimido hacia los ojos. Este Este puede arrastrar partículas sólidas que pueden dañar su capacidad de visión temporal o permanentemente. Nunca aplique aire comprimido hacia la ropa. Este puede arrastrar partículas sólidas que pueden alcanzar a sus ojos y dañar su capacidad de visión temporal o permanentemente.
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Tema :
VARIADORES DE VELOCIDAD - AC DRIVES Nota:
Departamento de Electrotecnia Industrial
I.
OBJETIVOS:
Identificar la estructura de un variador de velocidad.
Identificar el principio de funcionamiento de un variador AC.
Instalar y conectar un motor a un variador de velocidad.
Configurar los parámetros más importantes de un variador de velocidad.
II.
MATERIAL Y EQUIPO:
Variador de velocidad
Motor trifásico asíncrono LENZE.
Voltímetro.
Osciloscopio
Cables de conexión.
III.
Fecha: 13/05/2016
Grupo Lab. Nº
SEGURIDAD EN LA EJECUCIÓN DEL LABORATORIO
Tener cuidado con el tipo y niveles ni veles de voltaje que suministran a los equipos Antes de utilizar los instrumentos cerciorarse si son de entrada o de salida, para no dañar los equipos, verificar presiones y conexiones de los instrumentos Tener cuidado en la conexión y en la desconexión de los equipos utilizados
IV. PRECAUSIONES DE SEGURIDAD 1. 2. 3. 4.
Recuerde en todo momento que debe consultar las especificaciones técnicas de los dispositivos antes de presurizarlos y/o energizarlos. Recuerde en todo momento que está trabajando con líneas de aire presurizadas. Nunca aplique aire comprimido hacia los ojos. Este Este puede arrastrar partículas sólidas que pueden dañar su capacidad de visión temporal o permanentemente. Nunca aplique aire comprimido hacia la ropa. Este puede arrastrar partículas sólidas que pueden alcanzar a sus ojos y dañar su capacidad de visión temporal o permanentemente.
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V.
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INFORMACIÓN PRELIMINAR
El variador de velocidad es uno de los elementos más importantes tanto para el control de velocidad de motores eléctricos como para el control de posición (servo-variadores). El desarrollo de la Electrónica de Potencia, ha permitido fabricar equipos variadores que controlan prácticamente todos los parámetros importantes del motor, permitiendo su uso en todo tipo de aplicaciones. Desde el punto de vista de tecnología hablamos hoy en día de dispositivos basados en microcontroladores. Si nos referimos al tipo de motores que pueden controlar, los variadores se subdividen en general en aquellos que manejan motores DC y los que se aplican a motores AC. Al igual que en los variadores para motores DC, el desarrollo de la tecnología ha permitido fabricar equipos eficientes para la generación de ondas de corriente alterna con frecuencia y tensión controladas que, suministradas al motor AC, hacen de éste una máquina muy versátil para el control del torque y la velocidad. Este motor es conocido como de “jaula de ardilla” debido a la forma de construcción del rotor. Debido a que es necesario en aplicaciones prácticas mantener constante el torque del motor, éste es alimentado con voltaje y frecuencia variables, tratando de mantener constante la relación entre estos dos parámetros e igual a sus valores de placa. El variador de motor AC tiene también dos etapas: etapa de potencia y etapa de control. La etapa de potencia se encuentra dividida en tres partes: el rectificador de puente de diodos, el filtro en base a un banco de condensadores y una bobina de choke y el inversor conformado por transistores IGBT con sus respectivos diodos Damper. El cerebro de la etapa de control es un chip microcontrolador especialmente diseñado para estas aplicaciones. A continuación observamos un diagrama en bloques que relaciona estas etapas.
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La Etapa de Control de los Variadores de Velocidad para motor AC tienen la posibilidad de trabajar con los siguientes tipos de control: Control Voltaje-Frecuencia (V/f) Control Vectorial (VC) Control Sensorless Vector (SVC) La decisión de escoger cualquiera de los tipos de control depende de las prestaciones que se esperan
conseguir del variador ante la tarea de accionamiento particular en la que será empleado. Las prestaciones a tener en cuenta son: dinámicas ó potencia máxima de salida. El control V/f permite usar motores asíncronos, síncronos y de reluctancia con prestaciones dinámicas medias. Es aplicado en el control de bombas, ventiladores y sistemas de translación simple. El control vectorial incluye además del control V/f, un control vectorial para motores asíncronos. Ofrece un control de corriente en lazo cerrado de alta calidad lo que permite tener altas prestaciones dinámicas comparables al de los motores DC. El SVC tiene las mejores prestaciones dinámicas tanto en control en lazo cerrado de torque como de velocidad. Para el control de motores síncronos excitados por imanes permanentes, se utilizan encoders. Son especialmente adecuados en actuadores, máquinas de laminación y bobinadoras ya que presentan una ondulación muy baja de torque.
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Curvas características
VI. DESARROLLO ESPECIFICACIONES TÉCNICAS LENZE 8100
Entrada
Rango de Tensión Corriente Máxima de entrada
190v – 260v AC 9A 50-60 Hz
Frecuencia
Salida
Rango de Tensión
220 – 240v DC
Corriente Máxima de salida
4A
Frecuencia
0-400 Hz
CARACTERÍSTICA U/F 4.1 Siguiendo las instrucciones del profesor, conecte el motor al variador de velocidad 4.2 Configure los siguientes parámetros en el variador de velocidad: a. C000 : Standard codes (1) b. C010 : Frecuencia mínima 20 Hz c. C011 : Frecuencia máxima 50 Hz d. C014 : Relación voltaje/frecuencia lineal e. C081 : Pmot = 0.3 KWatt
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MODIFICANCO EL PARAMETRO C-000
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-010
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MODIFICANCO EL PARAMETRO C-011
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-014
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MODIFICANCO EL PARAMETRO C-081
4.3 Varíe la frecuencia lentamente y grafíque la característica U/F. Tenga en cuenta que en la salida del variador de velocidad tenemos una serie de pulsos, que no son otra cosa que el producto de la modulación por anchura de impulso, MAI o PWM (Pulse Width Modulation), por lo tanto Ud. no debe utilizar un voltímetro para determinar la tensión de alimentación del motor, mas sí un osciloscopio y una carga resistiva. Otra manera correcta de determinar dicha tensión es a través de la lectura que proporciona el display cuando se ha elegido el parámetro C052 (Motor Voltage). De igual forma, para realizar la lectura de la frecuencia de la tensión de alimentación al motor, se recomienda recurrir al parámetro C050 (Output Frequency).
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TOMA DE VALORES DE TENSION
Voltaje fin al para la frecu enci a máxim a de 50Hz
Frecuencia (Hz)
Voltaje (v)
20.41
88
23.40
100
30.26
130
37.20
160
44.17
190
50
215 Tabla de valores de datos
Grupo Lab. Nº
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Voltaje vs. Frecuencia 250 y = 4.3069x - 0.3027 200
150
e j a t l o V100
Voltaje Lineal (Voltaje)
50
0 0
10
20
30
40
50
60
Frecuencia
Gráfica d e Frecu enci a vs . Voltaje
4.4 Modifique el parámetro C011, frecuencia máxima. Esta vez consigne 100 Hz y varíe la frecuencia lentamente desde 50 Hz hasta 100 Hz y grafique la característica U/F.
Frecuencia (Hz)
Voltaje (V)
50
216
52
223
54
226
56
226
58
226
60
226
62
226
80
226 Tabla de valores de datos
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Voltaje vs. Frecuencia 228 226 224 ) v ( 222 e j a t l o220 V
Voltaje
218 216 214 0
10
20
30
40
50
60
70
Frecuencia (Hz)
Gráfica d e Frecu enci a vs . Voltaje
TOMANDO VALORES DE TENSION
80
90
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TOMANDO VALORES DE FRECUENCIA
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4.5 ¿Porque para 4.4, la característica U/F no se mantiene?
Debido a que la tensión RMS en nuestra ciudad es aproximadamente 220v y esta tensión es el tope de nuestra alimentación. Aun aumentando la frecuencia hasta los 80 Hz,
idealmente la característica U/F debería continuar con su comportamiento lineal, pero observamos que la gráfica se satura en 225v. RAMPAS DE ACELERACIÓN Y DECELERACIÓN 4.6 Seleccionar la opción “Rampa lineal” en el parámetro C134.
4.7 Seleccionar 0 Hz como mínima frecuencia en el parámetro C010. 4.8 Seleccionar 50 Hz como máxima frecuencia en el parámetro C011. 4.9 Poner el potenciómetro en su máximo valor. 4.10 Incremente el tiempo de aceleración, parámetro C012 a 30 segundos. 4.11 Incremente el tiempo de deceleración, parámetro C013 a 30 segundos.
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MODIFICANCO EL PARAMETRO C-134
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-010
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MODIFICANCO EL PARAMETRO C-011
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-012
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Grupo Lab. Nº
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-013
4.13 En el parámetro C050 note la frecuencia y empleando el switch arranque el motor, tome el tiempo de arranque y observe. 4.14 Pare el motor retirando la referencia central del potenciómetro y puenteando los terminales 7 y 8 en el potenciómetro externo (es decir aplicarle 4.7KΩ). Tome el tiempo de parada y observe y grafique lo observado.
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COMPROBANDO EL TIEMPO DE SUBIDA Y BAJADA
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RAMPA DE ACELERACIÓN
Frecuencia (Hz) 0 50
Tiempo (seg) 0 30
Rampa de aceleración 60 y = 1.6667x 50
) z H ( 40 a i c n30 e u c e 20 r F
Rampa de aceleración Lineal (Rampa de aceleración)
10 0 0
10
20
30
40
Tiempo (s)
RAMPA DE DESACELERACIÓN
Frecuencia (Hz) Tiempo (seg) 50 0
0 30
Rampa de desaceleracion 60 50 ) z H40 ( a i c n30 e u c e 20 r F
y = -1.6667x + 50 Rampa de desaceleracion Lineal (Rampa de desaceleracion)
10 0 0
10
20
Tiempo (s)
30
40
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4.15 Regular como frecuencia mínima 10 Hz y repetir el procedimiento anterior.
RAMPA DE ACELERACIÓN
Frecuencia (Hz) 0 10 50
Tiempo (seg) 0 10 30
Rampa de aceleración (Fmin=10Hz) 35 30 ) 25 z H ( a i 20 c n e u15 c e r F
Tiempo (seg)
10 5 0 0
10
20
30
40
Tiempo (s)
RAMPA DE DESACELERACIÓN
Frecuencia (Hz) 50 10 10
Tiempo (seg) 0 20 30
50
60
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Rampa de desaceleracion (Fmin=10Hz) 60 50 ) z 40 H ( a i c n30 e u c e r 20 F
Rampa de desaceleracion Fmin=10Hz
10 0 0
5
10
15
20
25
30
35
Tiempo (s)
4.16 ¿Qué sucede durante el arranque y la parada?
Durante el arranque
observamos que se cum pl e aproximadamente el tiempo establecido de 30 segundos desde el encendido hasta que alcanza su frecuencia m áxi m a de 50 Hz . Esto es cuando la frecuencia mínima es 0 Hz.
Del mismo modo en la desaceleración, cuando la frecuencia mínima es 0Hz, se cumple la parada del motor a los 30 segundos. Cuando la frecuencia mínima es 10Hz, el motor le toma un pequeño lapso de tiempo para llegar a los 10Hz y empezar a girar, durante este tiempo el motor no se mueve. Del mismo modo en la rampa de desaceleración, cuando la frecuencia mínima es 10Hz, el motor alcanza los 10Hz antes de los 30 segundos.
CONFIGURACIÓN DEL MODO DE COMANDO 4.17 Consigne la opción “KEYPAD” para el parámetro C001. Modo de Comando. 4.18 Intente arrancar el motor con el interruptor (switch de arranque). 4.19 Coloque un puente en lugar del interruptor de arranque. 4.20 Para arrancar el motor presione simultáneamente SH + STP. 4.21 Para modificar la frecuencia de salida del variador desde el equipad ubique el parámetro C046 e incremente el % de la Referencia 1.
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MODIFICANCO EL PARAMETRO C-001
4.22 ¿Qué ventajas y que desventajas tiene este modo de comando del variador y modificación de la frecuencia de salida del variador?
“La principal ventaja del modo comando es el control automático directamente
desde el módulo lenze 8100, sin necesidad de usar algún interruptor mecánico” La principal desventaja del modo comando es el tener que colocar un puente en lugar del interruptor de arranque . Otra desventaja es el tener que presionar dos botones simultáneamente, en vez de presionar tan solo uno.
4.23. Restituya los parámetros del variador al punto de inicio.
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Fecha: 13/05/2016
Grupo Lab. Nº
FRECUENCIA DE PORTADORA 4.24 Consigne una tras otra las siguientes opciones para el parámetro C018. Haga funcionar el motor con cada uno de los valores de frecuencia portadora. a. 1000 Hz
b. 1500 Hz
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Departamento de Electrotecnia Industrial c. 2000 Hz
d. 3300 Hz
Fecha: 13/05/2016
Grupo Lab. Nº
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VARIADORES DE VELOCIDAD - AC DRIVES Nota:
Departamento de Electrotecnia Industrial e. 3600 Hz
f.
4000 Hz
Fecha: 13/05/2016
Grupo Lab. Nº
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Fecha: 13/05/2016
Grupo Lab. Nº
4.22 ¿Qué diferencias nota en el sonido del motor?
A medida que aumentamos la frecuencia del motor el ruido asociado aumenta y la velocidad de giro también se hace más rápida en el arranque. FRENO POR INYECCIÓN DE CORRIENTE DC 4.26 Consigne 10 % en el parámetro C036, Porcentaje de Inyección de Corriente DC (Respecto a la tensión nominal) 4.27 Consigne 20 Hz en el parámetro C019, ... 4.28 Consigne 5 Hz en el parámetro C010, Frecuencia Mínima de Salida. 4.29 Consigne la opción “0” en el parámetro C001, ... 4.30 Consigne 100 en el parámetro C107, Tiempo de Acción de la Inyección de Corriente DC. 4.31 Visualice el parámetro C050, Frecuencia de Salida.
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-036
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Fecha: 13/05/2016
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-019
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-010
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VARIADORES DE VELOCIDAD - AC DRIVES Nota:
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Fecha: 13/05/2016
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-000
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-107
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Fecha: 13/05/2016
MODIFICANCO EL PARAMETRO C-050
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Fecha: 13/05/2016
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VII. OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y APLICACIONES INDUSTRIALES
Observaciones:
Para poder guardar alguna configuración en el variador de velocidad es necesario presionar al mismo tiempo las teclas SH + PRG
El máximo voltaje de salida que puede dar el variador de velocidad es de 225 voltios, debido a que la tensión de red de la ciudad trabaja con dicho voltaje.
Se observó que cuando configuramos la frecuencia del motor a frecuencias mucho mayores a 60Hz, el motor emitía un sonido muy agudo, es decir libera energía sonora en forma de ruido.
Fue necesario el uso del manual del variador de velocidad Lenze 8100 para poder configurar adecuadamente todos los parámetros.
Para poder graficar las curvas características se utilizó el software Microsoft Excel.
Conclusiones:
Los variadores de velocidad son dispositivos que permiten variar la velocidad y la acopla de los motores asíncronos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables.
Existen 3 tipos de variador de velocidad el mecánico, el hidráulico y los eléctricoelectrónicos
Por medio del parámetro C001 en su modo comando podemos elegir como puede arrancar nuestro motor con las opciones switch o keypad
Se puede modificar la velocidad de un motor mediante la frecuencia con la que se configura el variador de velocidad
El motor al conectarse al variador de velocidad consume mucho menos energía que cuando se le coloca directamente a un voltaje.
Todo motor debe tener un determinado tiempo de aceleración y de desaceleración por cuestiones de seguridad.
Las aplicaciones que son más usadas para un variador de velocidad son los ventiladores y las bombas
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Fecha: 13/05/2016
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Aplicaciones industriales: a) 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
b) 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. ElMICROMASTER 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.
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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 CCpara 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 está 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 más baja.
c) Cinta transportadora de ladrillos cerámicos En las típicas aplicaciones de cerámica, se usa una cinta transportadora para transportarlos 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.
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Fecha: 13/05/2016
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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 4frecuencias 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 más cortas de aceleración/desaceleración según el tamaño del proceso. El usuario selecciona el tipo de producto en el de operador que comunica la información al PLC a través 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 relé del convertidor se conectan al PLC e indican que la frecuencia de salida se ha alcanzado y que ha ocurrido un fallo. La salida analógica 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 está conectado directamente al DIN 6 y permite al usuario parar al convertidor rápidamente (OFF2) sin necesidad de quitar alimentación.
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Tema :
VARIADORES DE VELOCIDAD - AC DRIVES Nota:
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LISTA DE MATERIALES Ítem
Descripción
Unidad
Cantidad
1
Variador de velocidad
1
1
2
Motor Eléctrico Trifásico
1
1
Imagen de referencia
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3
4
5
Potenciómetro
1
1
Cables
1
1
Multimetro Fluke
1
1
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LISTA DE HERRAMIENTAS
1
Fuente de energía Lucas Nulle de 24V DC
1
1
2
Calculadora
1
1
3
Computadora con programa Excel
1
1
COSTOS DE MATERIALES
ITE
UND
DESCRIPCION
CANT
1 2 3
1 1 1
Variador de velocidad Motor Eléctrico Trifásico Potenciómetro
1 1 1
PRECIO PRECIO UNT $ TOTAL $ 154.00 154.00 450.00 450.00 8.00 8.00
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