variacion velocidad

8/17/2019 Variacion Velocidad

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1

Mando y regulación de máquinas eléctricas.Bloque II

Variación de Velocidad

Conceptos básicosPrinci1pio de funcionamiento

Criterios de selecciónInstalación y accesorios

2

Breve recordatorio: Motor asíncronoArranque de motor

Arrancadores estáticosEl variador de velocidadPrincipio de funcionamientoCriterios de elecciónNecesidad de accesoriosInstalación del variador de velocidad

Campo de aplicación de cada modelo de variador.Ejemplos de aplicación

Temario


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3

MOTOR ASINCRONO DE JAULA DE ARDILLA

• Constitución

• Principio de funcionamiento• Curvas de par y corriente

4

EL MOTOR ASÍNCRONO Composición

RotorRotor

EstatorEstator

CojinetesCojinetes

VentiladorVentilador

Caja de conexionesCaja de conexiones


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5

Campogiratorio

120º

E3 E2 E1

H1

H2H3

B1

B2B3

Devanados decalados 120 º, recorridos por ca trifásica.Los campos magnéticos creados se superponenpara formar un campo magnético bipolar giratorio.

MOTOR CA Estator

6

Campo magnéticogiratorio

Rotor de jaula ardilla

(sin el paquete de chapas)

MOTOR ASÍNCRONO ROTOR

El campo magnético giratorio induce en las barras metálicas(jaula de ardilla) intensas corrientes inducidas .

Las corrientes inducidas reaccionan creando un par motor queprovoca la rotación del rotor .


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7

MOTOR CA CARACTERISTICAS

8

nominalP 3 . U . .cos .= ϕ ηI

MOTOR CA POTENCIA

[ ] [ ]nominalrpm

P W = Par motor N.m . 2. .60

π


5/53

9

( ) [ ]motor asincronof 60

n 1 s rpmp

×

= × −

MOTOR CA VELOCIDAD Y PAR

M = k ΦI2 M = k’ U2

10

EL MOTOR ASÍNCRONO Curvas

Par

Velocidad

Par de arranque1.5 Par nominal

Par nominal

Velocidad nominal

Velocidad de sincronismons = 60 f / pp

Par máximo2.5 Par nominal

Velocidad mínima

Corriente dearranque 6 . . 8 In

Corrientemáxima 3. .4 In

Corrientenominal In

Corriente

Z. INESTABLE Z. ESTABLE


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EL MOTOR ASÍNCRONO Conexionado

Conexión Triángulo

Conexión Estrella

U1, V1, W1

U1, V1, W1

W1

W1V1

V1

U1

U1

12

EL MOTOR ASÍNCRONO Conexionado

Las 3 fases se conectan a U1, V1, W1

230 V230 / 400 VTriángulo

690 V400 / 690 VEstrella

400 V400 / 690 VTriángulo

400 V230 / 400 VEstrella

TensiónU1, V1, W1Tensión placaMotorConexiónBornesConexión Estrella

Conexión Triángulo


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Breve Recordatorio Arranque de Motores

• Arranque directo

• Arrancador Estrella – Triángulo

• Arrancador Estático

• Variador de Velocidad

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ARRANQUE DIRECTO Esquema

- Q1


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15

5

4

3

2

1

0,25 0,50 0,75

Velocidad

Intensidad

7

I n t e n s i d a d a b s o r b i d a p o r e l

I n t e n s i d a d a b s o r b i d a p o r e l

m o t o r

m o t o r

Par

Velocidad

0,25 0,50 0,75

1

2

2,5

P a r r e s i s t

e n t e d e l a

m á q u i n a

P a r r e s i s t

e n t e d e l a

m á q u i n a

P a r m

o t o r

P a r m

o t o r

L1 L2 L3

ARRANQUE DIRECTO Curvas

16

ARRANQUE DIRECTO Resumen

Par inicial de arranque: 0,6 a 1,5 MnCorriente inicial de arranque : 4 a 8 InDuración media del arranque: 2 a 3 s

Ιa = 100 %

Ma = 100 %

Motores hasta 4KW.Máquinas pequeñas que puedan arrancar a plena carga,sin problemas mecánicos. (rodamientos, correas,cadenas, etc.)

Bombas, Ventiladores.

Aplicaciones


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19

- Q1

ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO Esquema

20

L1 L2 L3

1er. tiempo

Estrella

L1 L2 L32º tiempo

TriánguloI n t e n s i d a d e n

I n t e n s i d a d e n a c o p l a m i e n t o

a c o p l a m i e n t o e s t r e l l a e s t r e l l a

I n t e n s i d a d e n

I n t e n s i d a d e n

a c o p l a m i e n t o t r i á n g u l o

a c o p l a m i e n t o t r i á n g u l o

( d i r e c t o )

( d i r e c t o )

5

4

3

1

0,25 0,50 0,75

Velocidad

Intensidad

2

6

1,00

Par de la máquina

P a r e

n t r i

á n g u

l o

P a r e

n t r i

á n g u

l o

( d i r e

c t o )

( d i r e

c t o )

P a r e

n e s t r

e l l a

P a r e

n e s t r

e l l a

Velocidad

Par

2,5

2

0,25 0,50 0,75

1

1,00

1,5

0,5

ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO Curvas


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ESTRELLA TRIANGULO Resumen

Par inicial de arranque: 0,2 a 0,5 Mn

Corriente inicial de arranque: 1,3 a 2,6 InDuración media del arranque: 3 a 7 s

Aplicaciones :Máquinas de arrancado en vacío,ventiladores y bombas centrífugas depequeña potencia.

Máquinas-herramientaMáquinas para madera, etc..

Ιa = 33 %

Ma = 33 %

-

22

Ventajas:– Arrancador relativamente económico.– Buena relación par / intensidad

– Reducción de la corriente de arranque

-

ESTRELLA TRIANGULO Resumen

Inconvenientes:– Par pequeño en el arranque– Corte de alimentación en el cambio (transitorios).– Conexión motor a 6 cables.

– No hay posibilidad de regulación


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23

ARRANCADOR ESTÁTICO Esquema

ATS48

ATS01

24

Tensión encada fase

Tiempo de rampa

Fase completaα.

– La orden de marcha produce el cebado de los tiristores con unángulo de retardo α– Durante el tiempo de rampa el retardo se va reduciendo.– Al final del tiempo de rampa el retardo es cero,

llegando toda la tensión a bornas del motor.

ARRANCADOR ESTÁTICO Rampas


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ARRANCADOR ESTÁTICO Curvas

26

Bombas, ventiladores, compresores,cintas transportadoras.Manejo de productos frágiles.

Transmisiones a correas, cadena.

ARRANCADOR ESTÁTICO Resumen

Par inicial de arranque: RegulableCorriente inicial de arranque : Regulable

Duración media del arranque: Regulable

Aplicaciones

Ιa = Regulable

Ma = Regulable


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Ventajas: – Arranque suave y Parada ralentizada

– Ajuste en la puesta en servicio.– Solución compacta.– Tecnología estática.

ARRANCADOR ESTÁTICO Resumen

Inconvenientes:– Precio.

–No frena, ni para en rampa.–Tiempo parada ralentizada mayor que rueda libre

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VARIADOR DE VELOCIDAD Esquema


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VARIADOR VELOCIDAD Resumen

Ιa = Regulable

Ma = Regulable

Par inicial de arranque: Regulable

Corriente inicial de arranque : RegulableDuración media del arranque: Regulable

Velocidad variable y arranque yparada suaves en:

Bombas, ventiladores, compresores,cintas transportadoras, elevación,.....

Aplicaciones

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VARIADOR VELOCIDAD Ventajas e Inconvenientes

Ventajas: – Arranque y Parada suaves.– Velocidad ajustable.

– Ajuste en la puesta en servicio.– Tecnología estática.– Ahorro de energía– Frenado– Lazo de control con sensor externo

Inconvenientes:

– Precio.


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Criterios de Elección del modo de arranque

• Hemos visto los diferentes modos de arranque

• Cada uno aporta una serie de posibilidades

• Se trata ahora de elegir uno de ellos.

• Para ello debemos tener en cuenta– Prestaciones técnicas realmente necesarias– Precio de la solución propuesta

• Proponer siempre el modo de máximas prestaciones es posible.Pero en muchas ocasiones no será técnica y/o económicamenterazonable

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REGULABLE

REGULABLE

3 – 7 s.

2 –3 s.

TIEMPO PARADACORRIENTEPAR DEARRANQUE

VARIADOR

ARRANCADORESTÁTICO

ESTRELLATRIANGULO

DIRECTO

Controlada1 a 2 InREGULABLE

Ralentizada3 a 4 InREGULABLE

Rueda Libre2 a 3 InAprox. 0,5Mn

Rueda Libre6 a 8 InAprox. 1,5Mn


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ARRANQUE DIRECTO

Técnicamente aplicable a cualquier potencia

El Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión limita su uso amotores de hasta 4KW.Máquinas pequeñas que puedan arrancar a plena carga, sinproblemas mecánicos. (rodamientos, correas, cadenas, etc.)Bombas, Ventiladores.

OBJETIVO

Arrancar con todo el par disponible

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ARRANQUE ESTRELLA–TRIANGULO, AUTOTRANSFORMADOR,RESISTENCIAS ESTATÓRICAS

Máquinas que arrancan en vacío:

Máquinas-herramientaMáquinas para madera, etc..

Ventiladores y bombas centrífugas

OBJETIVOArrancar con menos corriente


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ARRANCADOR ESTATICO

Maquinas sensibles a los golpes de par:

Manejo de productos frágiles, cintas transportadoras.Transmisiones a correas, cadena.

Bombas, ventiladores, compresores,

OBJETIVOArrancar sin golpes de par

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VARIADOR DE VELOCIDADAplicaciones que requieran todos o alguno de estos puntos:

Arranque suave de perfil programableVelocidad variable

Diversas leyes de control. Ahorro de energíaRegulación PID de velocidad con sensor externoRegulación de par, par a cero rpmParada controlada, frenadoFunciones añadidas, especificas del accionamientoIntegración en red de comunicaciones y supervisión

OBJETIVO

Optimizar el accionamiento de la aplicación controlando el arranque,funcionamiento y parada del motor


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VARIADOR DE VELOCIDAD Funcionamiento

• Esquema de funcionamiento del variador de velocidad• Principio de funcionamiento• El PWM• Ley tensión frecuencia• Control de flujo vectorial

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( ) [ ]motor asincronof 60

n 1 s rpmp

×

= × −

MOTOR CA Variación de velocidad

¿DE QUE DEPENDE LA VELOCIDAD DEL MOTOR ASÍNCRONO?

n velocidad rpmf frecuencia Hzp pares de poloss deslizamiento


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Variador de Velocidad Valores añadidos

• Arranque suave de perfil programable

• Velocidad variable

• Diversas leyes de control. Ahorro de energía

• Regulación PID de velocidad con sensor externo

• Regulación de par, par a cero rpm

• Parada controlada, frenado

• Funciones añadidas, especificas del accionamiento

• Integración en red de comunicaciones y supervisión

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Valores añadidos Aceleración

Aceleración DeceleraciónRégimen estable

Velocidad

Tiempo

Aceleración

Velocidad

Tiempo

Vn

Aceleración en rampa ajustable Lineal Doble rampa En S En U Segunda rampa


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Valores añadidos Regimen Estable


Velocidad

Tiempo

Velocidad

Tiempo

Vn

Régimen Estable Velocidad variable linealmente Cambio en rampa Regulación de Par Par a cero rpm

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Valores añadidos Deceleración


Velocidad

Tiempo

Velocidad

Tiempo

Deceleración En todos los tipos de rampa Parada rápida Rueda libre

Frenado en rampa Frenado por inyección CC


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43

Valores añadidos 4 Cuadrantes

PAR

VELOCIDAD

PARPAR

VELOCIDADVELOCIDAD

PARPAR

VELOCIDADVELOCIDAD

PARPAR

VELOCIDADVELOCIDAD

PARPAR

VELOCIDADVELOCIDAD

• Las acciones de cambio rápido de velocidad, inversión del

sentido de giro y frenado exigen el trabajo en cuatrocuadrantes• Incluidos los que presentan un par que se opone a la velocidad

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Valores añadidos Ahorro de energía

M1.7 Mn

0.8 Mn

FrS

Mn

Tipo P3

• Ley de controladaptada a lascaracterísticas de lamáquina. Par variable

• Ley de controladaptativa. Ley de Nold

• Coseno de φ practicamente igual a 1lo que representa noconsumir energía

reactivaF

M

FrS

1.7 Mn

Mn0.8 Mn

Tipo nLd3 5 10


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45

VARIADOR DE VELOCIDAD Potencia

PuentePuenteRectificadorRectificador

Bus deBus deContinuaContinua

PuentePuenteOnduladorOnduladorTrifásicoTrifásico

V1, f1V2,f2

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPartiendo de la red trifásica ó monofásica que nos suministra unatensión V1 y una frecuencia F1 fijas:

Rectificamos Almacenamos en una batería de condensadores Ondulamos 3 fases de frecuencia F2 y tensión V2 variables

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RESISTENCIA

DE FRENADO

RST

FRENADO

RECTIFICACION

ALIMENTACION

VARIADOR DE VELOCIDAD Bloques

ONDULACION


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47

Función principal del variador

L1 UL2 V

L3 W

t

t

Puente rectificadorde 6 diodos

Puente inversorcon 6 IGBT

Condensadoresdel bus CC interno

48

FUNCIONAMIENTO DEL ONDULADOR

GENERAR LA FRECUENCIA

– El Ondulador genera 3 fases desfasadas 120º

– Una combinación determinada de transistores en conduccióngeneran impulsos positivos– Con otra combinación generamos impulsos negativos

– Cada frecuencia requiere un tiempo de impulsos positivos,seguidos del mismo tiempo de impulsos negativos

– El variador controla estos tiempos de conducción para

conseguir generar la frecuencia según el valor de consigna


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49

FUNCIONAMIENTO DEL ONDULADOR

GENERAR LA TENSION

– La Tensión es generada según esté programado el variador

– La asociación de una tensión a una frecuencia se hace según laLey de Control del motor

– Existen varias Leyes de Control que se basan en dos principios:– Cada frecuencia tiene asignada una tensión ( Ley U / F )– Se obtiene por cálculo (Control de Flujo Vectorial)

– En algunos variadores admiten cualquiera de la leyes, mientrasotros están especializados en ciertas leyes.

– La tensión se obtiene por Modulación de Anchura de Pulso( PWM = Pulse Wide Modulation )

50

FUNCIONAMIENTO DEL ONDULADOR PWM• Pulse Wide Modulation• Para conseguir la tensión deseada

en cada momento se dispone de:– Bus de continua a una tensión

constante

– Un puente de transistoresque trabajan en conmutación• Las órdenes llegan a los

transistores desde la CPU• El ancho de cada pulso (tiempo

de conducción) variaconstantemente y depende:– De la tensión deseada (Ley

de control)

– De la forma de onda deseada(senoidal)

CPU

LEY DE CONTROL


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51

Modulación de Anchura de Pulso 2ms/Div

52

Modulación de Anchura de Pulso 500μs/Div


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53

Modulación de Anchura de Pulso 200μs/Div

54

LEY TENSIÓN / FRECUENCIA

Z = r +2 f L

– Conseguimos la velocidad deseada generando la frecuenciaadecuada.

– Cada frecuencia tiene asociada una tensión, para tener lacorriente necesaria para crear el Par.– Cambiamos la tensión porque la variación de frecuencia cambia

la impedancia


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55

LEY TENSIÓN / FRECUENCIA

1.7 Mn

Mn

0.8 Mn

Tipo L

56

PAR VARIABLE

M

1.7 Mn

0.8 Mn

FrS

Mn

Tipo P3


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57

CURVA NOLD

F

M

FrS

1.7 Mn

Mn

0.8 Mn

Tipo nLd

3 5 10

58

FUNCIONAMIENTO Control vectorial de flujo

Frecuencia

Par / Par nominal

CONTROL

VECTORIAL

DE FLUJO

1

0,5

1,72

1 Hz 80 Hz50 Hz25 Hz


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59

Control de flujo vectorial

M = F x IaF Ia F IR

M = F x IR (producto de vectores)

Flujo y par se pueden ajustarseparadamente uno del otro Flujo y par (corriente de rotor = corriente activa) sóloson controlables actuando conjuntamente sobre latensión y la frecuencia

Motor cc: Motor trifásico de inducción

60

CONTROL DE FLUJO VECTORIAL

1.7 Mn

0.8 Mn

FrS

Mn

Tipo n

Compensación automáticadel deslizamiento para ley tipo n

1 3


31/53

61

Hz V A V A V A V A V A V A V A V A

10 1,44 1,29 1,44 1,52 0,78 1,39 1,2 1,22

20 1,51 1,49 144 1,49 154 1,59 0,91 1,24 94 0,6 132 1,23

30 180 1,55 178 1,56 179 1,5 186 1,62 159 1,06 158 1,27 120 0,62 154 1,24

35 197 1,55 195 1,58 195 1,51 205 1,62 179 1,14 178 1,33 132 0,63 165 1,27

40 212 1,56 213 1,6 211 1,51 219 1,63 208 1,28 205 1,41 140 0,62 175 1,27

45 227 1,55 226 1,61 225 1,52 231 1,62 222 1,39 220 1,49 152 0,63 185 1,28

50 236 1,43 232 1,46 239 1,52 234 1,46 238 1,43 233 1,46 161 0,64 194 1,27

PAR CONSTANTE

SIN CARGA CON CARGA

CONTROL VECTORIAL

SIN CARGA CON CARGA

PAR VARIABLE AHORRO ENERGÉTICO

SIN CARGA CON CARGA SIN CARGA CON CARGA

COMPARATIVA LEYES DE CONTROL

Valores orientativos, tomados con un Fluke 43B durante un curso.No se dan las condiciones de laboratorio, ni de precisión del instrumento

62

Control Bloques

Partepotencia

Parte control común

CodificadorOpción 3

CartaOpción 2

µCPotencia

µC Apli cación

Conexión serie

CartaOpción 1

Cartacontrol

Terminalintegrado

Conector 1 : MBSRJ45 (terminal)

Conector 2 : RJ45CanOpenModbus

Conexión serierápida

Aislamiento

Terminalgráfico


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Control Parámetros

• El control del variador depende del ajustede los diferentes parámetros

• La parametrización puede hacerse desdecónsola o PC

64

ATV61 ATV61De 0,75 kW a 630 kW 380/480 V

De 0,75 kW a 90 kW 200/240 V

ATV 78 ATV 78 690 V

Gama Variadores

ATV 71 ATV 71Par constantePar constante

De 0,37 kW a 90 kW 208/230 VDe 0,75 kW a 500 kW 380/480 V

0.1 0.37 0.75 1.5 2.2 3.77.5

11 30 220 500 150075 630 1200

Prestaciones5

4

3

2

1

Pot.kW

ATV 31De 0,37 a 15 kW200/230 V 380/500 V525/600 V

ATV21 ATV21De 0,75 kW a 30kW200/240V380/480V

ATV 11De 0,18 a 2.2 kW100/200/230 V


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Criterios de Elección Variadores

• Tipo de aplicación que requiere:• Par constante (ATV11, 31, 71)• Ahorro de energía (par variable) (ATV11, 31, 61)

• HVAC (ATV21, 61 )• Caracteristicas eléctricas

– Potencia• Pequeña (ATV11)• Media (ATV21, 31)• Grande (ATV61,71)

– Tensión

• Standart (ATV11, 21, 31, 61, 71)• Especial 690 V (ATV 78)• Cartas Opción (ATV21, 61, 71)

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Criterios de Elección Datos clave

• La selección para motores asíncronos standart puede hacersecon los datos citados anteriormente.

• Casos especiales:• Aplicaciones Multimotor• Motores especiales (Rotor cónico, rotor bobinado)• Motores antiguos

– Para estos casos usaremos siempre ley de control U / F– El parámetro decisivo será la corriente nominal del motor,

la suma de corrientes en las aplicaciones multimotor.La selección se hará verificando que la corriente resultantese ajuste a la nominal del variador elegido, no pudiendo

superarse nunca la corriente máxima del variador


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67

Variador Tarjetas de Ampliación

• Tarjetas extensión entradas/ salidas– entradas/ salidas lógicas– entradas/ salidas extendidas

• Tarjeta programable “Controller Inside• Tarjetas de comunicación• Tarjetas de encoder

68

Variador Posibilidades de Comunicación

• Unicamente carga y descarga de parámetros desde PowerSuite (ATV11)

• Los variadores compactos ATV31 integran Modbus y Can Open

• Los variadores multifunción (ATV61, 71) unen a lascaracteristicas de los anteriores la posibilidad de cartasopción para comunicaciones en redes: Ethernet, Profibus,Devicenet, Interbus, Fipio, Modbusplus, Modbus-Unieteway

• Los variadores para HVAC (ATV21, 61) permiten cartas opción

para redes propias de dicha aplicación: Lonworks, Apogee FLN,METASYS N2, BACnet


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Variador de Velocidad Controler Inside• RJ45• Conector Sub-D CANopen• Alimentación 24V DC

• 10 Entradas lógicas 24 Vcc• 6 Salidas lógicas 24 Vcc• 2 Entradas Analógicas 0-20mA• 2 Salidas Analógicas 0-20mA• 5 LEDs para visualización• 4 Interruptores• 1 Batería (NVRAM)• Recursos de la aplicación: 320 Kbytes para el programa

128 Kbytes para los datos globales8124 bytes memoria( NVRAM)

• Programable en CoDeSys

70

Variador de Velocidad Controler Inside• Tarjeta multibomba: 2 referencias basadas en la "controller inside"

– Multibomba estándar•Asegura la total compatibilidad con ATV38/58•Tiene el mismo funcionamiento que la carta

multibomba del ATV38/58•Pero con la flexibilidad del display gráfico del ATV61– Multibomba evolucionada

•Proporciona funciones evolucionadas para el control y la supervisión de estaciones de bombeo y riego•Compensación automática de la presión en funciónde las pérdidas de carga,

•Mejor control de la conmutación de bombas sin golpes depresión,

•Programación dia/noche para optimización de ahorro de energía•Usa los recursos y la flexibilidad de la “controller inside"


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Criterios de Elección Necesidad accesorios

• Determinaremos la necesidad de accesorios en base a laaplicación y el entorno de la misma

• Los accesorios son necesarios para:

– Instalar el equipo en un entorno determinado

– Compatibilidad electromagnética• Asegurar la compatibilidad electromagnética entre el

equipo y el resto de la instalación• Cumplir la normativa

– Potenciar alguna capacidad del equipo

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Accesorios adaptación al entorno

• Montaje sin envolvente– Kit de adaptación a grado de protección IP21 ó IP31– Kit de adaptación a grado de protección IP54

• Montaje empotrado– Kit de adaptación montaje empotrado en envolvente estanca

• Montaje en envolvente estanca– Kit de ventilación


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Accesorios adaptación CEM• Objetivos

– Lograr la compatibilidad electromagnética del equipo y elresto de la instalación

– Cumplir la normativa CEM aplicable al entorno de lainstalación• Incompatibilidades, el equipo emite y a la vez es sensible a:

– Armónicos– Transitorios de RFI

• Soluciones, tras buscar el origen de la perturbación usaremos:– Inductancias CC ó de Línea– Filtros pasivos

– Filtros RFI– Inductancias de salida– Filtros senoidales

74

Accesorios Inductancia de línea

¿ Para que una Inductancia de línea ?

• Proteger el puente rectificador del variador• Reducción de corrientes armónicas

Inductancia de línea


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75

Accesorios Inductancia de línea

Protección del equipo

Perturbaciones

• Red con grandes perturbaciones de otros receptores(parásitos, sobretensiones).

• Red de alimentación con un desequilibrio de tensión entrefases superior al 1,8%de la tensión nominal.

Cortocircuito• Variador alimentado mediante una línea muy poco impedante

(cerca de transformador de potencia superior a 10 veces el

calibre del variador).

76

Accesorios Inductancias

Reducción de armónicos

• Instalación de un gran número de convertidores de frecuencia

en la misma línea.

• Reducción de la sobrecarga de los condensadores decorrección del cos φ, si la instalación incluye una batería decompensación del factor de potencia.


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77

Accesorios Inductancias• Los armónicos

• En esquema de la primera etapa

del equipo observamos unpuente rectificador y unabatería de condensadores

• Una vez cargados, loscondensadores, la corrienteabsorbida de la red será lanecesaria para mantenerloscargados

• El consumo será el del motor yel del propio equipo.

• Será irregular y no senoidal

RST

78

Accesorios Inductancias• Implicaciones del consumo no

senoidal• Cuando la corriente es no

senoidal se producen armónicos• Los armónicos perturban el

entorno produciendo:– Aumento corriente de línea– Sobrecarga en conductores,

transformadores, equipos– Disparo de protecciones– Sobrecarga del Neutro– Armónicos en contra fase– Perturbación motores– Sobrecarga Bat. Reactiva– Fallos equipos sensiblesTrifásico Monofásico


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79


¿ Inductancias de línea o en bus de CC ?• Los equipos > 15 KW integran inductancia en bus de CC• A los > 15 KW añadimos una inductancia de línea

• Su eficacia es prácticamente equivalente• Reducen los armónicos a valores medios de TDH = 80 %

Inductancia de línea Inductancia en bus CC

• Con inductancias opcionales es posible conseguir TDH = 48 %

80


Normativa armónicos

Ambiente industrialNo existe normativa para instalaciones industriales

Ambiente residencialLa norma tiene en cuenta la potencia del equipo, la capacidad decortocircuito de la instalación y la presencia máxima de cadaarmónico para determinar el valor de TDH admisibleEn la mayoría de las ocasiones el uso de inductancias es suficiente

Para situaciones donde la norma es mas exigente debemos utilizar

otros recursos


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42/53

83

Accesorios Filtros RFI

• Perturbaciones RFI

– Estas radio-perturbaciones pueden ser conducidas o

radiadas– No hay radiación sin conducción

– Estas radio-perturbaciones existen en la entrada y en elmotor.

– Son ocasionadas principalmente por el “chopeado” delvoltaje de salida con altos dV/dt (PWM).

84


• Reducir las fugas a tierra

– Los variadores generan corrientes de fuga a tierra

2 fuentes principales: Las dV/dt de la tensión del motor genera corrientes de

fuga a tierra ricas en harmónicos a través de lascapacidades parásitas a tierra del variador, de los cablesdel motor y del motor.

Los filtros RFI genera una corriente de fuga en lafrecuencia de distribución a través de la fase al puente

capacitivo de tierra


43/53

85


Filtro RFI

InterruptorDiferencial

bearings

Corrientes de fuga de baja frecuencia (generadas por el filtr o CEM)

Corrientes de fuga de alta frecuencia (generadas principalmente por lascapacidades parásitas del cable motor)

• Circulación de corrientes de fuga

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Accesorios Filtros RFI• La amplitud de la corriente de fuga depende tanto de las capacidades

parásitas como del nivel de dV/dt.• El espectro depende de la frecuencia de corte.• La amplitud de la frecuencia de la red es relativamente débil en sistemas

trifásicos porque la corriente anula la mayor parte. La corriente residual

de 0.5 a 5mA se debe a la tolerancia de los condensadores del filtro.• En monofásico la amplitud es mayor (10mA-30mA) porque las corrientesno son eliminadas en el puente rectificador.

• Para otros harmónicos la amplitud puede ser mayor que 100 mAespecialmente si el cable a motor es apantallado.


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Soluciones a disparos de interruptores diferenciales

– Utilizar una versión inmunizada• Ver oferta Merlin Gerin (Si, Vigirex o multi9) inmunizadosa las corrientes de fuga a alta frecuencia y con un retrasodel tiempo de disparo a la aplicación de la tensión. .

– Reducir la corriente de fuga a tierra del cable motor.• Utilizar una inductancia o filtro entre el variador y el

motor para reducir los dV/dt• No utilizar cable apantallado si no hay requerimiento de

CEM.• Reducir la frecuencia de corte• Reducir la longitud del cable entre el variador y el motor

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Accesorios Frenado• Los equipos pueden frenar sin ningún accesorio con una

potencia de hasta un 30% de la nominal.• Para frenados mas enérgicos necesitaremos según el equipo:

– Resistencia de frenado (Equipos con transistor de frenado)– Módulo de frenado y resistencia de frenado– Módulo regenerativo

• Tipos de frenado:– General

• Translación• Inversión

– Vertical• Elevación

• C. Inclinados


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Accesorios Frenado

Aplicación Elevación

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Accesorios por Aplicación Módulos Regen

–Gama de potencia

•400V 7kW a 200kW

•460V 18kW a 180kW

–Temperatura de funcionamiento:•5°C…40°C sin desclasificación,•55°C con desclasificación(3% /°C)

–CE : directiva baja tensión, UL–IP20–Protección térmica–Protección contra las sobrecargas


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Accesorios Filtros de salida

+ VDC buse.g. 400 * √2 = 566V

0 V

- VDC bus

Tensión de salida delvariador (PWM)dV/dt 2 a 10kV/µS

Intensidad motor casi senoidal

– ¿Por qué filtros de salida?– El chopeo de la tensión de salida de un variador mediante

IGBT’s genera variaciones rápidas de tensión (dv/dt).

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– Las sobretensiones son generadas por las ondas reflejadasdebido a los dv/dt y a la mala adaptación de la impedanciaentre cable y motor.

– La amplitud y los dv/dt son principalmente función de lalongitud y del tipo del cable, así como de la técnica demodulación.

sobretensión

dV/dt

l cable


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PWM Voltage at Motor Terminals

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

Time

V o l t a g e

Sobretensión en bornes del motor

Hasta 2 x V bus DC

p.e.: U línea =400VacCuadrante motor Û = 400xSQR2x2 = 1132VCuadrante generador (frenado)Û = 790x2 = 1580V

Sin embargo en ciertos casos lasobretensión puede sobrepasar 2 Vdc ...

+ Vdc

- Vdc

– Las sobretensiones y los dv/dt pueden degradar el aislamiento

de los bobinados del motor y de los cables.– Un aislamiento degradado provoca averias de cortocircuito

entre espiras, bobinas o fuga a tierra.

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• Soluciones contra las sobretensiones

– Frecuencia de corte limitada de 4kHz a 8kHz

– Frecuencia de salida limitada a 100hz

– Inductancias motor

– Filtros senoidales


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Accesorios Inductancias motor

– Son inductancias que en combinación con la capacidadnatural del cable motor constituyen un filtro LC que

reducen los dv/dt.– Están disponibles para toda la gama de potencia

Inductancia de motor

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Accesorios Inductancias motor

Prestaciones de las Inductancias de salida

– Longitud de cable no blindado de 100 a 300 metros– Longitud de cable blindado de 50 a 150 metros

– Reducen los dV/dt por debajo de 500V/µS (400V)– Reducen las corrientes de fuga a tierra– Limitan las sobretensiones 1000 V a 400 V, 1150 V a 460 V.– Filtra las perturbaciones causadas por la apertura de un

contactor entre filtro y motor– Eficacia media en las sobretensiones– Mediocre en CEM radiadas


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Accesorios Filtros Senoidales

• Son filtros LC diferenciales y de modo común

• La tensión de salida es parecida a una senoide

• Disponibles hasta el calibre de 75kW• Longitud de cable hasta 1km

• CEM preponderante

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Accesorios Filtros Senoidales

Prestaciones de los Filtros senoidales

– Longitud de cable hasta 1km

– Eliminan prácticamente las corrientes de fuga HF a tierra

– Suprimen las sobretensiones

– Muy bien en CEM radiadas

– Evita la utilización de cable blindado

– Coste elevado

– Frecuencia de corte limitada de 4kHz a 8kHz

– Frecuencia de salida limitada a 100hz


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• Medidas a tomar según la longitud de los cables motor

Hasta18kW 480V

A part ir de22kW480V

Software variador Filtro dv/dt Filtro Sinus

Blindado

No blindado

50 m

Software variador

100m 200m 300m

Filtro dv/dt

Software variador Filtro dv/dt Filtro Sinus

Software variador Filtro dv/dt

Cable

20 m

FiltroSinus

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Instalación Temperatura

Montaje A : 50 mm en cada ladocon obturador (IP41)

Montaje B : variadores yuxtapuestossin obturador de protección (IP20)

Montaje C : 50 mm en cada ladosin obturador de protección (IP20)

• - 10°C…+ 50°C sin desclasificación• Hasta +60°C con desclasificación el kit de ventilación de

control es necesario para ciertos calibres.


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Instalación

• El catálogo da la lista de las protecciones y contactores a asociar al variador pararespetar la coordinación de tipo 1 ó de

tipo 2• El disyuntor magnético asegura laprotección contra cortocircuitos

• El contactor permite aislar el variador dela red, en periodos largos de inactividad.Esto evita la carga innecesaria de loscondensadores y la entrada deperturbaciones. Evitando elenvejecimiento prematuro del variador

• La protección contra sobrecagas serealiza, según el ajuste, en el propiovariador.

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Instalación Cableado

El apantallado de los cables debe fijarse atierra en ambos lados y no debe serinterrumpido.

– Los niveles de CEM especificados están garantizados si elcableado es conforme a las recomendaciones de instalación.


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Instalación CableadoEqui-potencialidada Alta Frecuencia,

continuidad delas tierras.

Interconexiónde tierras

Conducciones separadaspara potencia y control.

Apantallado decable

de bajo nivel.

Apantallado a tierra

Mediante bridas,cajas CEM.

Cablesconectados

A las t ier ras

Instalación Cableado

variacion velocidad

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