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75
PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

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Page 1: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO VENTAJASPARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

2

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1

PARTE 1

3VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

3

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 Introduccioacuten2 Criterios para la Seleccioacuten de los

Variadores de Velocidad3 Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores con Variadores de Velocidad31 Curvas tiacutepicas en bombas y ventiladores32 Desplazamiento de la curva de la bomba en

funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad33 Desplazamiento de las curvas de potencia y

rendimiento en funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad

34 Relaciones baacutesicas para el control de potencia

35 Rendimiento de las bombas con Variador4 Meacutetodos del control de flujo5 Informacioacuten necesaria para consulta

correcta en el aacutembito del ahorro de energiacutea

SUMARIO ndash PARTE 1

4VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

4

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN

1

5VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

8VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 2: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

2VFPT02AE

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2

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1

PARTE 1

3VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

3

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 Introduccioacuten2 Criterios para la Seleccioacuten de los

Variadores de Velocidad3 Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores con Variadores de Velocidad31 Curvas tiacutepicas en bombas y ventiladores32 Desplazamiento de la curva de la bomba en

funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad33 Desplazamiento de las curvas de potencia y

rendimiento en funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad

34 Relaciones baacutesicas para el control de potencia

35 Rendimiento de las bombas con Variador4 Meacutetodos del control de flujo5 Informacioacuten necesaria para consulta

correcta en el aacutembito del ahorro de energiacutea

SUMARIO ndash PARTE 1

4VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

4

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN

1

5VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

8VFPT02AE

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8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9VFPT02AE

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9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10VFPT02AE

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10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

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11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

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12

B BOBINAS DE ENTRADA

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USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

NOTAS

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13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

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14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

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15

D TEMPERATURA AMBIENTE

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CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

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16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

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17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

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NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

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NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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58

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 3: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

3VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

3

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 Introduccioacuten2 Criterios para la Seleccioacuten de los

Variadores de Velocidad3 Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores con Variadores de Velocidad31 Curvas tiacutepicas en bombas y ventiladores32 Desplazamiento de la curva de la bomba en

funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad33 Desplazamiento de las curvas de potencia y

rendimiento en funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad

34 Relaciones baacutesicas para el control de potencia

35 Rendimiento de las bombas con Variador4 Meacutetodos del control de flujo5 Informacioacuten necesaria para consulta

correcta en el aacutembito del ahorro de energiacutea

SUMARIO ndash PARTE 1

4VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

4

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN

1

5VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

8VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 4: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

4VFPT02AE

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4

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN

1

5VFPT02AE

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NOTAS

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7VFPT02AE

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NOTAS

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

8VFPT02AE

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8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9VFPT02AE

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9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10VFPT02AE

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10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

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11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

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12

B BOBINAS DE ENTRADA

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USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

NOTAS

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13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

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14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

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15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

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NOTAS

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

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[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

NOTAS

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

NOTAS

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57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

NOTAS

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58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

NOTAS

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60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

NOTAS

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

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63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

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64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

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65

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

NOTAS

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

NOTAS

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 5: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

5VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

5

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

1 INTRODUCCIOacuteN

11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria

2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa

6VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

8VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 6: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

6VFPT02AE

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6

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

2

7VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

8VFPT02AE

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8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9VFPT02AE

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9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10VFPT02AE

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10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

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11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

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12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

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13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

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14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

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15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

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16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

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17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

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19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

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21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

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34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

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37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

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41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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58

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 7: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

7VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

7

A Filtros de Entrada

B Bobinas de Entrada

C Grado de Proteccioacuten

D Temperatura Ambiente

E Variadores a Par Constante y Par Variable

F Aplicaciones de los Variadores

G Asistencia Teacutecnica

2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

8VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 8: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

8VFPT02AE

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8

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA

Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico

Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel dB

Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

9VFPT02AE

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9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10VFPT02AE

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10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

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11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

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12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

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13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

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14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

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15

D TEMPERATURA AMBIENTE

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CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

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16

D TEMPERATURA AMBIENTE

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TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

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17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

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18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

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19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

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21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

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NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

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27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

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28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

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31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

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64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

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68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

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70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

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71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 9: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

9VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

9

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR

10VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

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NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

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NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 10: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

10VFPT02AE

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10

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR

raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra

11VFPT02AE

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11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

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12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

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13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

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14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

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15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

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16

D TEMPERATURA AMBIENTE

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TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

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17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

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[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

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18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

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NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

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21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

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26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

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27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

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28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

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31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

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NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 11: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

11VFPT02AE

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11

A FILTROS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

LONGITUD DE CABLES

raquo 40 metros de cable apantallado

raquo 150 metros de cable apantallado

Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729

12VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

12

B BOBINAS DE ENTRADA

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USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

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14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

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NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

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CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

NOTAS

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16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

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17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

NOTAS

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

NOTAS

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57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

NOTAS

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58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

NOTAS

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60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

NOTAS

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

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63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

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64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

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65

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

NOTAS

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 12: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

12VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

12

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A

13VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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65

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 13: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

13VFPT02AE

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13

B BOBINAS DE ENTRADA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A

14VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

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NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

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16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

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NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

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NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

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27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

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NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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58

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 14: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

14VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

14

C GRADO DE PROTECCIOacuteN

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos

raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos

15VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

NOTAS

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59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

NOTAS

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

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63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

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65

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 15: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

15VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

15

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

Intensidad de trabajo a 45ordm

Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700

0

25

50

75

100

125

150

175

200

0 25 50 75 400Hz

Corri

ente

de V

aria

dor (

)

Pico de Sobrecarga 1 seg

Sobrecarga 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 45ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Pico de Sobrecarga durante 1 seg

Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm

Intensidad de trabajo a 40ordm

Intensidad de trabajo a 50ordm

Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm

16VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 16: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

16VFPT02AE

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16

D TEMPERATURA AMBIENTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

TEMPERATURA AMBIENTE

Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo

PUEDEN RESISTIR HASTA 5050ordmordmCC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

17VFPT02AE

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17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

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18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

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19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

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21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

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26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

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27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

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28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

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34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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NOTAS

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 17: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

17VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

17

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

raquo Competidores

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (40ordmC)

SOBRECARGA 11In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)

15 kw

11 kw

PAR CONSTANTE

PAR VARIABLE

SOBRECARGA 15In (50ordmC)

SOBRECARGA 125 In (40ordmC)

Temperatura 60ordmC

Temperatura 70ordmC

Temperatura 80ordmC

raquo Power ElectronicsPower Electronics

18VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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65

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 18: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

18VFPT02AE

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NOTAS

18

E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

11518515MODELO B1001511MODELO A

PVPPOTENCIA

A PAR VARIABLE

POTENCIA A PAR

CONSTANTE

19VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

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21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

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27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

NOTAS

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57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

NOTAS

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58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

NOTAS

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59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

NOTAS

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62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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NOTAS

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 19: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

19VFPT02AE

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NOTAS

19

F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]

CONTROL

Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip

APLICACIONES

Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip

20VFPT02AE

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NOTAS

20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

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NOTAS

21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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NOTAS

22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

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NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

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NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 20: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

20VFPT02AE

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20

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

3

21VFPT02AE

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21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

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26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

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NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

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28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

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46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

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47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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49

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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50

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 21: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

21VFPT02AE

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21

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES

ALTU

RA P

OTEN

CIA

Y RE

NDIM

IENT

OH (m)

CAUDAL

22VFPT02AE

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22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

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33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

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26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

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27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

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28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

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29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

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34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 22: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

22VFPT02AE

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22

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

H16

14

12

10

8

6

4

2

20 40 60 80 100 120 140

nnom

08 n nom

07 n nom

09 n nom

Q (ls)

23VFPT02AE

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NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

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24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

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25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

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NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

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27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

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28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

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37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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58

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 23: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

23VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

23

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD

p

Q

Potencia

Rendimiento

24VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

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NOTAS

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NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

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NOTAS

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

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NOTAS

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

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NOTAS

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

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NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

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NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

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NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

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NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

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NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

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NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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NOTAS

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48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

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NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 24: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

24VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

24

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA

POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1

r = Densidad (Kgmsup3)

g = Gravedad (981mssup2)

H = Altura (m)

Q = Caudal (msup3s)

ŋ = Rendimiento

25VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

59

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

NOTAS

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 25: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

25VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

25

3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR

50 6070

8085

80

88

8785

87

301 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

80

70

60

50

40

30

20

10

0

N = 1480 RPM

Curvas Rendimiento

Curvas H ndash Q

Curvas de Sistema

10 20 30 40Q caudalm3min

26VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

NOTAS

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

57

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

60

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 26: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

26VFPT02AE

NOTAS

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26

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

4

27VFPT02AE

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

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NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

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32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

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33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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50

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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59

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

NOTAS

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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65

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 27: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

27VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

27

A Control de Vaacutelvulas

B Control de By ndash Pass

C Control Marcha ndash Paro (On Off)

D Variador de Velocidad

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

28VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

55

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

NOTAS

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56

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 28: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

28VFPT02AE

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NOTAS

28

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS

raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima

raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea

raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso

raquo Problemas de calentamiento del fluido

raquo Cavitacioacuten turbulencias

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

29VFPT02AE

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

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34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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54

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4

55VFPT02AE

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55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 29: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

29VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

29

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Altu

ra E

staacutet

ica 20

met

ros70

60

50

40

30

20

10

0

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas de RendimientoCurvas H-QCurvas de Sistema

10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal

1009080706050

80 CAUDAL1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

30VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

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31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 30: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

30VFPT02AE

NOTAS

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30

A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

QCAUDAL

AUMENTO ESTRANGULAMIENTO

1

Q

ALTU

R A

H

PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO

7

POTE

NCIA

KW

23

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

31VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 31: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

31VFPT02AE

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NOTAS

31

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

A CONTROL DE BY ndash PASS

raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea

raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo

QFLOW

EFECTO BY-PASS

Q

ALTU

R AH

PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS

POTE

NCIA KW

Curvas de Sistema

Curvas bomba H ndash Q

Curvas Rendimiento

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

32VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

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NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

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NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 32: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

32VFPT02AE

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32

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS

raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante

raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico

raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten

raquo Sobrepresiones durante el arranque

raquo Golpe de ariete durante los paros

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

33VFPT02AE

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NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

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34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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50

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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58

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 33: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

33VFPT02AE

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NOTAS

33

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS

raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados

raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor

raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor

raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos

raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo

[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]

34VFPT02AE

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34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

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37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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50

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 34: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

34VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

34

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO

Altu

ra es

taacutetic

a 20 m

etro

s

Altura en m H2O

n = 1480 RPMCurvas RendimientoCurvas H ndash PCurvas de Sistema

10 20 30 40Q Caudalm3min

70

60

50

40

30

20

10

0

80

490 kPa

637 kPa

REFERENCIA

1 X n

09 X n

08 X n

07 X n

06 X n

05 X n

04 X n 1400RPM

PID

0

35VFPT02AE

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35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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50

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

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NOTAS

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NOTAS

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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NOTAS

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 35: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

35VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

35

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA

DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD9

8

Q

ALTU

RAH

PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA

7

9

8

Q

CAUDAL

POTE

NCIA

KW

36VFPT02AE

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36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

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NOTAS

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40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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NOTAS

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NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

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OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 36: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

36VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

36

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA

PEacuteRDIDAS DE POTENCIAAL

TURA

SISTEMA DE VAacuteLVULAS

VARIADOR DE VELOCIDAD

VELOCIDAD REDUCIDA

POTENCIA UacuteTILALTURA

ESTAacuteTICA

POTENCIA DESPERDICIADA

37VFPT02AE

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NOTAS

37

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

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40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

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41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

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NOTAS

47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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NOTAS

49

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA

CAUDAL ()

POTENCIA ()A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta

38VFPT02AE

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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

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41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

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42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

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44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

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NOTAS

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45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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NOTAS

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46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

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47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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48

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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49

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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NOTAS

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 38: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

38VFPT02AE

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NOTAS

38

4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS

INVIERNOVERANO

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39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

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5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

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5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

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2

PARTE 2

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

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1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

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45

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1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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2

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 39: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

39VFPT02AE

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NOTAS

39

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA

5

40VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

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NOTAS

47

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

NOTAS

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48

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

NOTAS

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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3

52VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 40: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

40VFPT02AE

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NOTAS

40

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema

DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor

INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica

41VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

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44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

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45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

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NOTAS

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NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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48

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

49

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

NOTAS

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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41VFPT02AE

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41

5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA

Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS

SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES

A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR

INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)

A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)

42VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

42

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2

PARTE 2

43VFPT02AE

NOTAS

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

NOTAS

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44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

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45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

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47

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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48

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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49

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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2

PARTE 2

43VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

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44

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1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

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1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

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46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

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47

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 43: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

43VFPT02AE

NOTAS

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43

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN

1

44VFPT02AE

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44

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

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46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

NOTAS

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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3

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 44: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

44VFPT02AE

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44

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1 Introduccioacuten2 Principios de Control de los

Motores de Induccioacuten3 Control de Velocidad en un Motor

de Jaula de Ardilla4 Principios Electroacutenicos para el

Control de Motores AC

SUMARIO ndash PARTE 2

45VFPT02AE

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1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

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46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 45: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

45VFPT02AE

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45

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos

22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia

1 INTRODUCCIOacuteN

3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores

de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de

Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de

los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y

ventiladores- Aplicaciones y control

46VFPT02AE

NOTAS

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46

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

2

47VFPT02AE

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47

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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48

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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49

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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50

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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52

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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53

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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46VFPT02AE

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2

47VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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3

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 47: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

47VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales

El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR

48VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 48: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

48VFPT02AE

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48

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla

49VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

50VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a

La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos

La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos

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MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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4

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VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 50: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

50VFPT02AE

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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN

MOTORES DE INDUCCIOacuteN

Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor

CAMPO ROTATORIO

51VFPT02AE

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51

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

3

52VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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51VFPT02AE

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3

52VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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OrganizadoDepartamento de Marketing

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro

RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR

PARMAacuteXIMO

PAR DE ARRANQUE

VELOCIDAD MOTOR

raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten

CORRIENTE MOTOR

VELOCIDAD MOTOR

CORRIENTE DE ARRANQUE

CORRIENTE EN VACIacuteO

raquo Curva Corriente ndash Velocidad

53VFPT02AE

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

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4

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VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

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POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

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POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 53: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

53VFPT02AE

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53

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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA

CONTROL DE VELOCIDAD

Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor

POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO

Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades

Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten

El par disponible en el motor es constante incluso a bajas velocidades Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga

Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz

54VFPT02AE

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54

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

4

55VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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4

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VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

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RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

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71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 55: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

55VFPT02AE

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55

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN

Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten

raquo Curva Par ndash Velocidad

DE PAR NOMINAL

VELOCIDAD MOTOR

56VFPT02AE

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56

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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57

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

NOTAS

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58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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56VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

El circuito equivalente por fase puede ser representado como IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor

IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

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69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 57: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

57VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Diagrama vectorial de la corriente de motor

La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par

Corri

ente

real

(Par

)

ITCo

rriente

Total

Corriente imaginaria (Magnetizante)

Corri

ente

real

(Par

)

ITCorr

iente T

otal

Corriente imaginaria (Magnetizante)

cos φ = Factor Potencia

raquo A plena carga raquo A media carga

58VFPT02AE

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58

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

NOTAS

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59

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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OrganizadoDepartamento de Marketing

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

POR QUEacute VHz CONSTANTE

Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo

Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye

SM Lf

EImiddotmiddotmiddot2

1

π=

22

22

)middot(

SXRSEI

rr

+=

E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor

En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante

59VFPT02AE

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RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

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CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

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CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

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MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

NOTAS

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66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

Page 59: PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE … POWER... · Curvas de Sistema Curvas bomba H – Q Curvas Rendimiento ... NOTAS 32 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) Variadores

59VFPT02AE

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59

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS

Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque(cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)

100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100

TENS

IOacuteN

DE S

ALID

A

50Hz FRECUENCIA DE SALIDA

TENSIOacuteN INICIAL

raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas

60VFPT02AE

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60

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD

61VFPT02AE

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61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

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REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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61VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

61

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CIRCUITO INVERSOR

Formas de onda de salida del puente inversor

62VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

62

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

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74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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62VFPT02AE

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62

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA

raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)

Corriente Transistor

Corriente de libre circulacioacuten

raquo Corriente salida de motor

63VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

63

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

NOTAS

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64

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

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65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

NOTAS

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67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

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NOTAS

68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

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70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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63

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida

ONDA PORTADORA

ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA

TRANSISTOR SUPERIOR ON

TRANSISTOR INFERIOR ON

TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)

TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM

64VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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64VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

64

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten

65VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

65

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

66

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

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69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

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70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

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73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL

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65VFPT02AE

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65

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA

raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida

FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL

MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN

La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye

Nueva teacutecnica modulacimodulacioacuteoacuten n del espacio vectorialdel espacio vectorialmejores formas de onda menos conmutaciones

66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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68

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

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70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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71

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

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72

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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74

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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66VFPT02AE

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66

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL

raquo Vectores trifaacutesicos

Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)

VC

N

VA

VE

Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuenciaPosicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un cicloLongitud del vector Amplitud de tensiAmplitud de tensioacuteoacutenn

67VFPT02AE

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67

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

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69

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

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70

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

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REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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73

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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

OrganizadoDepartamento de Marketing

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67VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

67

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL

Reducido contenido de armoacutenicos en el motor

Pequentildeos pares pulsatorios

Frecuencia de modulacioacuten constante

Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten

Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador

68VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

RealizadoPilar Navarro

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68VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

68

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN

TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso

TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP

TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta

Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor

69VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

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69VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

69

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR

Funcionamiento

Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc

70VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

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70VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

70

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

EQUIPOS MONOFAacuteSICOS

raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V

Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400Vcontrol configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor

Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac

CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V

CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES

71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

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71VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

71

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

REGENERACIOacuteN

Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento

Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor

Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador

2 1 0 -1

Par GeneradorPar Generador

Par MotorPar Motor

0

N2 N1 velocidadvelocidad

deslizamientodeslizamiento

+ve+ve--veve

parpar

+ve

+ve

72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

74

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten

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72VFPT02AE

NOTAS

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas

NOTAS

72

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES

Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga

Velocidad MotorVelocidad Motor

100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante

PARPAR POTENCIAPOTENCIA

POTE

NCIA

POTE

NCIA PAR

PAR

100100 200200

5050

Debilitamiento del Debilitamiento del campo magncampo magneacuteeacuteticotico

Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible

POTE

NCIA

POTE

NCIA

PAR

PAR

Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz

100100

200200

6363

Par continuoPar continuo

(limitado por la (limitado por la refrigeracirefrigeracioacuteoacuten del motor)n del motor)

raquo Relacioacuten () entre par y potencia

raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor

73VFPT02AE

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NOTAS

73

Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES

4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC

TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

74VFPT02AE

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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

Gracias por su atencioacuten

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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)

Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)

raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante

Par resistente requerido Par continuo

PAR

Aacuterea de funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

Pico de par disponible

PAR

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Aacuterea de funcionamiento

continuo

Par continuo

Par resistente requerido

Aacuterea de funcionamiento

intermitente

Pico de par disponible

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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD

raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad

Pico de par disponibleAacuterea de

funcionamiento intermitente

Aacuterea de funcionamiento continuo

PAR

Par continuo

Par resistente requerido

Velocidad Par resistente requerido

PAR

Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento

intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo

Par continuo

Velocidad

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