(Variadores de Frecuencia Jornadas tenicas Jonathan Jofré_v1).pdf

Taller de Variadores de Frecuencia

Variadores de Frecuencia & Partidores Suaves Jonathan Jofré Mail: [email protected] 2014

Motor Eléctrico ¿QUE ES UN MOTOR ELECTRICO?: ES UN ARTEFACTO QUE PUEDE COMVERTIR ENERGIA ELECTRICA EN ENERGIA MECANICA (MOTOR) O BIEN ENERGIA MECANICA EN ENERGIA ELECTRICA (GENERADOR). LAS PARTES: Carcasa

Estato r

Schneider Electric - Indus Industry try – Jonat Jonathan han Jofré– Prod Product uct manager manager Variable Variable Speed Speed Drive

Rotor Eje

2

Motor Eléctrico POTENCIA

P = τ∗ω

POTENCIA

P = V *I Cos ϕ ∗ √ 3

TORQUE

T = 9550*P(kW)/rpm (N-m) T= 5225*P(HP)/ rpm (lb-pie)


3

Motor Eléctrico Curvas típicas de torque: Eléctrico


4

Motor Eléctrico ROTOR BLOQUEADO: • Los motores, también se clasifican por la capacidad de soportar

una cierta cantidad de potencia a rotor bloqueado, este valor debe estar indicado en la placa de características de los motores y se designa con una letra, por ejemplo: – letra – A – B – C – D – E – * – V

KVA 03.153.5545*22.4-

or HP 3.14 3.54 3.99 4.49 5.59 * más

Schneider Electric - Industry – Jonathan Jofré– Product manager Variable Speed Drive

5

Motor Eléctrico TIPO DE MOTOR SEGÚN LA VELOCIDAD NOMINAL: • Los motores también se clasifican de acuerdo a los RPM nominales y esto tiene que ver con la cantidad de polos de fabricación referido a velocidades sincrónicas – – 4 polos – 6 polos – 8 polos

1500 rpm 1000 rpm 750 rpm


6

Motor Eléctrico VELOCIDAD • la velocidad en una máquina eléctrica está dado por dos

parámetros principales – La frecuencia

nsinc= 120 f / N°de polos


7

Motor Eléctrico DESLIZAMIENTO: • El deslizamiento es la diferencia que existe entre la

velocidad sincrónica y la velocidad real rotor y se expresa en porcentaje

S = nsinc. - nm S = nsinc. - nm x 100% nsinc


8

Motor Eléctrico Ejemplo de cálculo de deslizamiento Un motor de inducción de 380V, 10Hp, cuatro polos, 50Hz, conectado en Y tiene un deslizamiento a plena carga de 5%. •¿ Cual es la velocidad sincrónica? •¿ Cuál es la velocidad del rotor a carga nominal? •¿ Cuál es la frecuencia del rotor a carga nominal? •¿ Cual es el momento de torsión sobre el eje de este motor con carga nominal?


9

Motor Eléctrico Desarrollo Velocidad Sincrónica

nsinc=

120ƒe

=

(120)(50 Hz) = 1500 rpm

Velocidad del rotor

nm = (1- s)nsinc

=

(0,95) (1500) = 1425 rpm


10

Motor Eléctrico Frecuencia de rotor

ƒr = sƒe

=

(0,005)(50 Hz)

= 2,5 Hz.

También Frecuencia de rotor

ƒr=

P (nsinc 120

-

nm)

= 4/120(1500- 1425) = 2,5 Hz


11

Motor Eléctrico TIPO DE MOTOR SEGÚN LA NORMA DE FABRICACION: • Los motores también se clasifica de acuerdo a la norma de fabricación o al país de origen, las normas más difundidas son: • Nema • I! • "I# • $S

USA uropa "apón U% &Inglaterra'

Tipo de motores según el tipo de aislación: Class A - 105° C Class B - 130° C Class F - 155° C Class H - 180° C


12

Motor Eléctrico Curvas mecánicas Motor Asincrónico Torque

Tm = Torque máximo Id ≅ 6 to 8 In

g = deslizamiento

Td = Torque partida

Tn = Torque Nominal

In

N = Vel. nominal

Io

Ns = Veloc. sincrónica

Velocidad ●

La curva característica veloc. /motor de un motor depende esencialmente de la composición de su rotor. Está dada por el constructor y debería seleccionarse en función de la mecánica.


13

Tipos de arrancadores ARRANQUE DIRECTO “Los motores de jaula son los únicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de un equipo simple



Arranque sencillo Alto par de arranque



Bajo costo



Para máquinas : pequeñas (alta I-arranque, 6 a 8 Inon) que permiten un arranque brusco



 


(0,5 a 1,5 Cn)

14

Tipos de arrancadores ARRANQUE ELECTRONICO (Partidor suave)

La alimentación del motor durante la puesta en tensión se realiza mediante una subida progresiva de la tensión, lo que posibilita un arranque sin sacudidas y reduce la punta de corriente          


Arranque en una sola etapa No re uiere doble bornera del motor Par de arranque regulable (0 a 100%Cn) Corriente de arranque reducida (ajustable) Sin transitorios de corriente Control de parada suave o frenada Funciones protección máquinas Comunicación Para todo tipo de máquinas etc, etc… 15

Tipos de arrancadores REGULACION DE VELOCIDAD 

FUNCIONAMIENTO  Frecuencia estator variable  Modulacion PWM



COMPOSICION  Rectificador  Filtro  Inversor



 Schneider Electric - Industry – Jonathan Jofré– Product manager Variable Speed Drive

TORQUE / CORRIENTE  Torque arranque = 150% nominal  Corriente <= 150% In  Dos sentidos de marcha  4 cuadrantes en opción  Control de velocidad en arranque  Control de velocidad en la parada Para todo tipo de máquinas 16

Selección de Variadores de Frecuencia CALCULO DE TORQUE

T= 9550 x P(kw) (N.m) rpm

POTENCIA 2 POLOS 4 POLOS 6 POLOS 8 POLOS KW 3000 1500 1000 750 2.2 7 14 21 28 5.5 18 35 53 70 11 35 70 105 140 22 30 37 45 55 75 90 110 132


70 96 118 143 175 239 287 350 420

140 191 236 287 350 478 573 700 840

210 287 353 430 525 716 860 1,051 1,261

280 382 471 573 700 955 1,146 1,401 1,681

17

Tipos de arrancadores Estructura de poder de un Variador de Frecuenca Puente rectificador R

S

Pre-Carga

T D1

D2

im

Convertidor

Filtro

D3

R S T

T1

T3

T5

M 3~

C

D4

Rectificador

um



D5

D6

Rectificado de voltaje

T2

T4

T6

PWM control

Filtro  Pequeños Voltajes Convertidor voltaje



Producción de una fuente AC de 3 fases variando la frecuencia y


18

Selección de Variadores de Frecuencia 1. ¿Cuál es la aplicación? 2. ¿Cuál es la potencia y el torque? 3. ¿Cuál es el tipo de alimentación? 4. ¿Cuál es el rango de variación de velocidad? 5. ¿Qué tipo de motor? 6. ¿ Condiciones de instalación? (Temperatura, altura, distancia al motor, ambiente corrosivo, etc.)


19

1. ¿Cuál es la aplicación? 

Torque Constante

 !orreas  Agitadores  Ascensores

o gr(as  )a*uinas especiales


20

1. ¿Cuál es la aplicación? 

Torque Variable

$ombas centrífugas  +entiladores  Algunos sopladores 


21

2.1 ¿Cuál es la potencia? 

Aun mas importante que la potencia -> I nominal (A)



Depende del diseño, polos, fabricante, etc.



,


22

2.2 Torque disponible 

150…170% /60s Tn

@150% In var. / 60 seg → ATV12



170…200%/60s Tn

@150% In var. / 60 seg → ATV312

170…200%/60s Tn

@150% In var. / 60 seg → ATV32



130%/60s Tn

@120% In var. / 60 seg → ATV61



170%/60s…220%/2s Tn @150% In var. / 60 seg → ATV71



El máximo torque depende de la relación In máx. var. / In motor  Ej. 25,5A/ 15,5A=1,65 → Tn > 220% 


23

3. ¿Cuál es el tipo de alimentación? ●

220 Vac, 1Ø

●

380 Vac, 3Ø ,

●

575 Vac, 3Ø

●

690 Vac, 3Ø

●

Capacidad de cortocircuito


24

4. ¿Cuál es el rango de variación de velocidad? ●

Rango de velocidades: 1…50 ● 1…50 ● 1…50 ● 1…100 ● 1…100 ●

1…50 ● 1…100 ●

→

Altivar 12

→

Altivar 312

→

Altivar 32

→

Altivar 61

→

Altivar 71

→ rango de torque nominal desde 1Hz hasta 50hz → rango de torque nominal desde 0,5Hz hasta 50hz


25

5. ¿Qué tipo de motor?

●

Jaula ardilla Anillos

●

Placa motor:

●


26

5. ¿Condiciones de instalación? ● ● ● ●

Temperatura Altitud Distancia variador – motor Entorno → ¿ambiente corrosivo?


27

¿Cómo los Variadores de Velocidad pueden ayudar ? contribuir a reducir emisiones C02 Actor contra el Calentamiento Global

reduce su factura de energía Ahorrar dinero

Incrementar productividad optimizar su inversión

Reducir coste mantenimiento Mejorar procesos productivos


28

Cómo optimizar su instalación. motores de alto rendimiento. Ahorro de hasta 10%. Utilizar

Utilizar

Variadores para el control de motores. Ahorro .

Principales ejes del Ahorro Ahorro en potencia

reactiva

Ahorro en potencia

activa

Ahorro en mantenimiento Ahorro en tiempo

de Instalación


29

Tipos de Cargas Par constante

Par variable

Par

Par Pn

Pn

Nn

rpm


rpm Nn

30

Eficiencia en Bombas Punto de funcionamiento de 1 bomba.

Curva bomba Curva Circuito Potencia suministrada por la bomba


31

Eficiencia en Bombas Ajuste del caudal de la instalación con 1 bomba con VV

Potencia Consumida Pérdidas

Nn

Nn 80%Nn


Ahorro

→

El caudal Q es proporcional a (N/Nn)

→

La presión es proporcional a (N/Nn)2

→

La Potencia es proporcional a (N/Nn)3

32

Eficiencia en Bombas Ejemplo de Ahorro Datos Instalación: Pot = 100Kw Z = 0,5Hn a Nn a 80% de la Nn

Rendimiento Variador: Al 80% del Caudal Nominal: A velocidad fija (Vávula), 94% de la Potencia consumida A velocidad variable (VV), 66% de la Potencia consumida


33

Eficiencia en Bombas Ejemplo de Ahorro Potencia eléctrica consumida a velocidad nominal:

Potencia eléctrica consumida a velocidad variable:

Diferencia de consumo: 25.8kW Ahorro Energético Anual: 226MWh Schneider Electric - Industry – Jonathan Jofré– Product manager Variable Speed Drive

!

Ahorro de 7.119.000 CLP/año (*) 35 CLP/kWh

34

Casos reales de ahorros Acción: Regulación Caudal de Aspiración Filtro Molino Control y regulación de motores Control y regulación de velocidad de ventiladores (VSD) Ahorros estimados (k€/año)

Inversión estimada (k€)

ROI (años)

8,47

14,6

1,72

60,00

50,00

40,00

W k 30,00

20,00

10,00

0,00 0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

Ahorro energético al instalar e integrar el variador de velocidad Telemecanique Modelo ATV61HC13N4 o similar dentro del sistema de control existente, para poder telemandarlo y parametrizarlo desde el puesto central. Schneider Electric - Industry – Jonathan Jofré– Product manager Variable Speed Drive

35

Casos reales de ahorros Acción: Regulación Caudal de Aire Combustión Control y regulación de motores

E08-004 Secadero Puzolana Nº2 Curva Rendimiento vs Carga M edi da s Se cad er o 2

Control y regulación de velocidad de ventiladores (VSD) Ahorros estimados (k€/año)


ROI (años)

7,5

9,2

1,22

L in ea l ( Me di da s S ec ad er o 2 )

78

76

) 74 % ( n ó i t s u b 72 m o C o t n 70 e i m i d n e R68

66

64 55

60

65

70

75

80

85

Temperatura salida secador (ºC)

EE08-004 Secadero Puzolana Nº2 (Registro operación 28/03/2008)

S2_TEMP_GAS_SAL_CO % CARGA ALIM

500,00

100,00

450,00

90,00

400,00

80,00

) C º ( s 300,00 e s a G a 250,00 r u t a r e 200,00 p m e T

350,00

70,00

150,00

30,00

100,00

20,00

50,00

10,00

0,00

0,00

60,00 50,00 40,00

0 3 0 3 : 0 3 0 3 0 3 : 0 3 : 0 3 : 0 3 : 0 3 : 0 3 : 0 3 0 3 : 0 3 0 3 0 3 : 0 3 : 0 3 : 0 3 : 0 3 : 0 3 : 0 3 0 3 : 0 4 0 3 : 0 3 0 : 0 1 : 0 2 0 3 : 0 4 : 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 : 1 2 1 3 : 1 4 : 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 : 2 2 2 3 : 0 0 0

Tiempo (h)

Ahorro energético al instalar e integrar el variador de velocidad Telemecanique Modelos ATV21HD11N4 y ATV21HD15N4. Schneider Electric - Industry – Jonathan Jofré– Product manager Variable Speed Drive

36

) % ( n ó i c a t n e m i l A a g r a C

Casos reales de ahorros Acción: Automatización y Control de climatizadoras Control de climatización Regulación del flujo por demanda térmica en climatizadoras

Ahorros estimados (k€/año)


ROI (años)

18,52

26,88

1,45

Climatizador

Marca

Modelo

Potencia (kW)

Velocidad motor (rpm)

Ventilador Modelo

Caudal (m3/s)

Presi (Pa)

1

TERMOVEN

CL-2100/E

45

1500

A-542-S/1

23,0

550,

3

TERMOVEN

CL-2100/E

45

1500

A-542-S/1

20,5

750,

5

TERMOVEN

CL-2100/E

45

1500

A-542-S/1

23,0

550,

-

/

1

-

- 1


,

,

37

Casos reales de ahorros Acción: Regulación Operación Sistema Hidráulico de Prensas Control y regulación de motores Control y regulación de velocidad de bombas de desplazamiento positivo Ahorros estimados (k€/año)


ROI (años)

11,1

53,1

4,82

Descripción Hidráulica Hidráulica Hidráulica Hidráulica

Tipo: 1200 TN. EMD-120-3,5-AG . - , EMD-80-3,5-z EMD-80-3,5-z 800 TN.

Marca, nº serie: Ona-pres P-01194 Ona-pres P-01062 Ona-pres P-01061 Ona-pres, 00953

Hidráulica

Emd-40-s-F

Ona-pres nº711

Potencia: 154 Kw. . 86,8 Kw. 86,8 Kw. 95,6 Kw. 36,8 Kw.

Año fabricación: Potencia vacío 1997 61,6 , 1989 34,7 1989 34,7 1985 38,2 1976 14,7

50 45 40 35

w30 a r D25 p m A20 15 10

Ahorro energético al instalar e integrar el variador de velocidad Telemecanique Modelo ATV61

5 0 8 3 : 8 3 : 3 1

0 0 : 9 3 : 3 1

2 2 : 9 3 : 3 1

3 4 : 9 3 : 3 1

5 0 : 0 4 : 3 1

6 8 2 4 : : 0 0 4 4 : : 3 3 1 Time 1

0 1 : 1 4 : 3 1

1 3 : 1 4 : 3 1

3 5 : 1 4 : 3 1

4 1 : 2 4 : 3 1


38

3 Modelos de negocios Mejor Servicio a nuestros clientes Productos

Productos  Transnacional Negocios atreves Partners • Distributores • Integradores

Systems  Proyectos Negocios para verticales • Usuarios Finales • EPC • Procesos OEMs

• AC Drives • Soft-starters • Motor starters

Sistemas • Sistemas BT • Sistemas MT

Servicios • con Schneider Electric

servicios avanzados para la gestión del ciclo de vid


39

Fabricas & Fabricación regional Conectados en todas partes

Austria Drive Systems

USA Drive Systems acy- rance

China Drive Systems

-

Flex center

Flex center

Suzhou-China

Drives India Drive Systems Brazil Drive Systems

Batam - Indonesia Drives

Flexcenter : Customization of special products


40

Segmentación objetivo Conectarse a los clientes ●

●

Conocemos a nuestros clientes Desarrollamos nuestras ofertas según 4 mercados objetivo:

Machine

●

Building

Estatales

Procesos

Tenemos en cuenta las limitaciones de sus aplicaciones

Hemos desarrollado funciones específicas::

Altivar 71: Anti sway

●

Altivar 61: Multi-pump

●


41

Panorama Altistart Rango de Potencia Market / Funcionalidades

Ind.Proc Multifunción ATS48 Utility Gran difusión / compacto ATS22 ATSU 01N2 Combinación con TeSys U

Machine

ATS01N2 ATS01N1 Uno y Tres Fases del motor

0,37 kW 0,75 kW 3 kW

4 kW 11 kW 15 kW

ATS01 Optimizado Schneider Electric - Industry – Jonathan Jofré– Product manager Variable Speed Drive

400 kW

900 kW Power

42

Panorama Variadores Estándar : Altivar Market / Funcionalidades

Procesos

Altivar 61*/71 230V to 690V

Estado

Machine

230V to 500V

Altivar 12 100V to 230V Building

Altivar 212 230V to 480V Power 0, 18KW

0, 37kW

0,75 kW

4kW


15 kW

75kW

800kW

2400 kW 43

Panorama Sistemas de Variadores: Altivar Rendimiento Procesos

MV Integration in iMCC

Empresas Estatales

Machine

ATV 1200

d e r e r e e n d i r g o o E t E t

LV ATV 61/71 plus

o t n e i r m a a d p n i u á t q s E e

ATV 61/71 plus Harmonic less Drive

a í g o l o n c e T

0,37kW

Large Drives systems Water cooled Active Front End 55kW

90 kW


630kW

800 kW

Power 2 400kW

18 18 000 000 kW kW 44

Software Complementarios Ahorro energético y mitigación de armónicos

ECO2.0

Harmonic

HarmCal c v4.0 Schneider Electric - Industry – Jonathan Jofré– Product manager Variable Speed Drive

45

Altivar & Altistart Nuestras soluciones

Su compromiso

Nuestro éxito común

regun as y espues as


Jonathan Jofré 2010

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