Variadores de Frecuencia (Ensayo)

VARIADORES DE FRECUENCIA Juan Astudillo Elio Rojas Milton Saquisili Milton Amoroso Escuela de Ingeniería Electrónica Universidad Politécnica Salesiana Cuenca-Ecuador Resumen:  El variador de frecuencia en su  funcionamiento principal es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor  de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. I. Introducción En el siguiente paper vamos a hablar sobre los variadores de frecuencia y podemos comenzar diciendo que: La gama de modelos disponible abarca de entrada monofásica de 120 W a entrada trifásica de 11 kW Los convertidores están controlados por microprocesador y utilizan tecnología IGBT (Insulated Gate BipoIar Transistor) de última generación. Esto les hace fiables y versátiles. Un método especial de modulación por ancho de impulsos con frecuencia de pulsación seleccionable permite un funcionamiento silencioso del motor. Extensas funciones de protección ofrecen una protección excelente tanto del convertidor como del motor. Su aplicación seria una de las más frecuentes para motores y también para sistemas de automatización. Los variadores de frecuencia más empleados son los PWM (Modulación de Ancho de Pulsos) que emplean en el circuito de entrada puente de diodos rectificadores. En el circuito intermedio poseen condensadores y bobinas para linealizar la tensión rectificada, además las bobinas ayudan a disminuir el contenido armónico de la corriente generada por el variador de frecuencia y por ende a mejorar el factor de potencia. Algunos fabricantes emplean las bobinas de línea en lugar de las bobinas DC del circuito intermedio, pero tienen la desventaja de ocupar más

espacio, generar una caída de tensión mayor y disminuir la eficiencia del variador. La sección del inversor utiliza los IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) para convertir la tensión continua del circuito intermedio en una tensión de salida con frecuencia variable. Los IGBT envían pulsos de duración variable hacia el motor y como respuesta se obtiene una corriente casi senoidal. * Los variadores más utilizados utilizan modulación PWM y usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. * Los variadores que utilizan bobinas en la línea en lugar del circuito intermedio ocupan más espacio y disminuyen en su eficiencia. *Los IGBT envían pulsos de duración variable y se obtiene una corriente casi senoidal en el motor. * Las señales de control para arranque, parada y variación de velocidad están aisladas galvánicamente para evitar daños en sensores o controles y evitar ruidos en la etapa de control.

II. Marco Teórico

Fig. 1 variador de frecuencia tipo Siemens Siemens

Características de VFD Siemens

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Fácil de instalar Puesta en marcha sencilla Simple conexión de los cables Altas frecuencias de pulsación para funcionamiento silencioso del motor Opciones externas para comunicación por PC, panel BOP (Basic Operator Panel), panel AOP (Advanced OperatorPanel) y módulo de comunicación

Características de protección Protección de sobretensión/mínima tensión Protección de sobretemperatura para el convertidor Protección de defecto a tierra Protección de cortocircuito Protección térmica del motor -

Fig. 3 Esquema a bloque

Fig. 2 Esquema de la conexión del motor y la red Modos de puesta en servicio Aquí podemos observar la conexión de un variador de frecuencia con Un PC; el enlace de convertidor Analógico Digital También se encuentra la conexión para la red con sus debidas protecciones; también el panel AOP, en ese panel podemos observar las siguientes características:  – 

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Programable vía PC Capacidad de visualizar RPM. La información del voltaje de la red También la frecuencia con la que el motor va a trabajar.

Fig. 4 Datos del motor Protección térmica de sobrecarga externa en el motor Cuando un motor funciona por debajo de la velocidad nominal se reduce el efecto refrigerante de los ventiladores solidarios con el eje del mismo. Por ello, en la mayor parte de los motores es necesario reducir la potencia si se desea que funcione de forma continua a menores frecuencias. Para asegurar la

protección del motor contra sobrecalentamiento en estas condiciones es necesario incorporar en el motor una sonda de temperatura tipo PTC y conectarla a los bornes de mando del convertidor

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Kit de montaje a puerta del BOP/AOP para control de un convertidor Kit de montaje a puerta del AOP para control de múltiples convertidores Herramienta de puesta en servicio "Drive Monitor y "Starter"

Opciones dependientes del equipo      

Fig. 5 Conexión del PTC al motor

Resumen de los aspectos a tomar en cuenta 

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Durante el funcionamiento de dispositivos eléctricos es imposible evitar la aplicación de tensiones peligrosas en ciertas partes del equipo. Siempre que los fallos en un equipo de control puedan conducir a daños materiales considerables o incluso lesiones graves (p. ej. Defectos potencialmente peligrosos), es necesario tomar medidas de precaución externas adicionales o instalar dispositivos que eviten o fuercen un funcionamiento seguro aunque ocurra un fallo. Los Variadores de Frecuencia funcionan con tensiones elevadas. Se deben configurar con precisión los parámetros del motor para que la protección de sobrecarga del motor funcione correctamente. Los variadores de frecuencia son apto para utilizarlo en un circuito capaz de entregar no más de 10.000 amperios (valor eficaz) simétricos para una tensión máxima de 230/460V si está protegido con un fusible temporizado

Opciones independientes del equipo     

Basic Operator Panel (BOP) Advanced Operator Panel (AOP) Módulo PROFIBUS Kit de conexión del PC al convertidor Kit de conexión del PC al panel AOP

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Filtro EMC, Clase A Filtro EMC, Clase B Filtro EMC adicional, Clase B Filtro Clase B con bajas corrientes de fuga Bobina de conmutación de línea Bobina de salida Placa de prensaestopas

Lista de abreviaturas AC Corriente alterna (Alternating Current) AIN Entrada analógica (Analog Input) AOP Advanced Operator Panel BOP Basic Operator Panel CEE Comunidad Económica Europea CT Par constante (Constant Torque) DC Corriente continua (Direct Current) DIN Entrada digital (Digital Input) DS Drive State ELCB Interruptor diferencial (Earth Leakage Circuit Breaker) EMC Compatibilidad electromagnética (ElectroMagnetic Compatibility) EMI Interferencias electromagnéticas FAQ Preguntas más habituales (Frequently Asked Questions) FCC Regulación de flujo-corriente (Flux Current Control) FCL Limitación rápida de corriente (Fast Current Limitation) IGBT Transistor bipolar de puerta aislada (Insulated Gate Bipolar Transistor) LCD Pantalla de cristal líquido (Liquid Crystal Display) LED Diodo electroluminiscente (Light Emitting Diode) PID Proporcional, integral y Diferencial PLC Autómata programable (Programmable Logic Controller) PTC Sensor con coeficiente de temperatura positivo (Positive Temperature Coefficient) QC Quick Commissioning RPM Revoluciones por minuto (Revolutions Per Minute) SDP Status Display Panel

VT

Par variable (Variable Torque)

IV. CONCLUSIONES Variadores de frecuencia LG

Fig. 6 Variador frecuencia LG

CARACTESISTICAS Tamaño Compacto Control V/ F & vectorial sensorless Auto-tuning de los parámetros del motor 150% de torque en todo el rango de variación Optimización de la frecuencia de chopeado por temperatura Detección de puesta a tierra durante el funcionamiento Controlador de procesos PID incorporado Operación Up/ down & 3-Hilos •

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Podemos concluir diciendo que los variadores de frecuencia tienen aplicaciones por ejemplo para la industria en fábricas que se les hacía muy difícil variar la velocidad de los motores. Además los convertidores de frecuencia constan están controlados por microprocesador y utilizan tecnología IGBT (Insulated Gate BipoIar Transistor) de última generación. PWM (Modulación de ancho de pulso). El método de modulación por ancho de impulsos con frecuencia de pulsación seleccionable permite un funcionamiento silencioso del motor. Los variadores de frecuencia tienen una muy buena protección para los motores. Haciendo la comparación entre el variador de frecuencia Siemens y LG los variadores de frecuencia Siemens tienen mayor acogida porque tiene mayor rango de frecuencia 0 650Hz, en cambio los LG tienen 0- 400 Hz; también los Siemens tiene filtros de ingreso clase A y B en los LG solo tienen filtros clase A, Los siemens tienen un control PI y los LG tiene un control PID su rendimientos son iguales de un 96%.  – 

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Teclado remoto incorporado Entrada analógica 0 ~ 10V C.C., -10 ~ +10V C.C. Señal de entrada PNP/ NPN seleccionable Entradas y salida programables Módulo ModBus (RS485) de comunicaciones incorporado Módulo de frenado incorporado Control de accionamiento del ventilador • • •

V. LITOGRAFIA 1.- Catálogos Siemens, LG.

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2.http://descargas.ure.es/tecnicos/convertidores/fr ecuencia%20.pdf 

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III.REFERENCIAS [Fig.1] Nos muestra unos los tantos tipos de variadores tipo SIEMENS. [Fig.2] Ahí podemos darnos cuenta de un e squema de la conexión del motor y la red monofásica y trifásica. [Fig.3] Esquemas a bloques de la conexión de los variadores de frecuencia con un PC. [Fig.4] Datos de placa del motor. [Fig.5] Conexión del PTC al motor, para sobrecalentura del motor. [Fig.6] Nos muestra unos los tipos de variadores

tipo LG Nota: Todas las figuras fueron extraídas de los diferentes catálogos.

3.http://es.wikipedia.org/wiki/variadores ggde frecuencia.

ESPECIFICACIONES DE LOS VARIADORES SIEMENS

ESPECIFICACIONES DE LOS VARIADORES LG