variadores dc y ac
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Introducción a motores eléctricos DC y ACPublicado por José Carlos VillajulcaMiércoles, 02 Diciembre 2009 02:22
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La fabricación de imanes artificiales por medio del paso de corriente eléctrica a través del arrollamiento de bobinas de alambre de cobre sobre un núcleo de metal permeable al flujo magnético, es la base fundamental que ha permitido el desarrollo de los motores eléctricos.
CAMPOS MAGNÉTICOS
En la figura 1 se muestran algunos imanes artificiales de uso muy
difundido. Se observa que tienen dos polos denominados norte (N) y sur
(S). Actúan sobre otros materiales magnéticos ejerciendo fuerzas de
atracción o repulsión, sin que haya de por medio contacto físico.
Figura 1 - Iman Artificial
En la figura 2 podemos ver las líneas de campo magnético saliendo del
polo norte y retornando por el polo sur. Se observa que dicho campo
tiene la capacidad de propagarse por el aire y ejercerá su influencia
sobre cualquier material permeable magnéticamente (acero, hierro,
otro imán, etc.).
Figura 2 - Campo Magnetico
En la figura 3 se muestran las fuerzas de atracción (polos diferentes se
atraen) y repulsión (polos iguales de rechazan) que se ejercen entre dos
imanes dependiendo de la posición de sus polos. El término “air gap”
significa “brecha de aire” traducido al español comercial, pero la
traducción técnica es conocido como “entre-hierro”.
Figura 3 - Fuerzas de atraccion y repulsion
La figura 4 nos muestra la generación de un campo magnético
concéntrico al alambre conductor por el cual fluye corriente continua.
El sentido del campo magnético se determina por medio de la “regla de
la mano izquierda”. Si apuntamos con el dedo pulgar en el sentido de
los electrones, los dedos restantes nos indican la dirección del campo
magnético.
Figura 4 - Generacion de un campo magnetico
En el caso de corriente AC, se muestra en la figura 5 la generación de
campo magnético cuando pasa corriente eléctrica alterna a través de
un conductor. Podemos ver que el campo magnético es variable y
depende del valor instantáneo que tiene la corriente. La dirección del
campo magnético cambia cuando lo hace el sentido de la corriente que
pasa por el conductor.
Figura 5 - campo magnético cuando pasa corriente eléctrica
alterna
De las figuras 4 y 5 se concluye que:
a) Un campo magnético constante (en valor y dirección) es producido
por corriente DC que pasa por un conductor.
b) Un campo magnético variable (en valor y dirección) es producido por
corriente AC que pasa por un conductor.
Los electro-imanes se implementan con un núcleo magnético,
arrollamiento de alambre conductor y el paso de una corriente continua
por dicho alambre. En la figura 6 se ha dibujado el núcleo en modo
transparente para poder ver con claridad el arrollamiento. La finalidad
de usar el núcleo magnético es conseguir mayor intensidad de campo
magnético.
Figura 6 - núcleo magnético, arrollamiento de alambre
conductor
En la figura 7 se muestra un método para determinar la posición de los
polos norte y sur. Los dedos de la mano izquierda apuntan en el sentido
del flujo de electrones y el pulgar apuntará al polo norte. Obviamente
dicho campo magnético es constante en magnitud y dirección pues la
corriente que pasa por el alambre es continua.
Figura 7 - método para determinar la posición de los polos- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/
curso-variadores-de-velocidad/item/147-introducci%C3%B3n-a-motores-el%C3%A9ctricos-dc-y-ac.html#sthash.TuQXZwOF.dpuf
Inducción de Movimiento en motores eléctricosPublicado por José Carlos VillajulcaDomingo, 13 Diciembre 2009 01:47
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INDUCCIÓN DE MOVIMIENTO
La información anterior nos enseña que dos imanes experimentan una fuerza de atracción o repulsión cuando se encuentran, cada una, comprendidas dentro del radio de acción de la otra.
También aprendimos la forma de implementar electro-imanes por
medio de un núcleo magnético, arrollamiento de alambre de cobre y
una fuente de alimentación continua o alterna.
Por lo tanto se concluye que, si colocamos un electro-imán dentro del
campo magnético de otro, tal como se muestra en la figura 8, y
alimentamos con corriente continua el alambre de cobre (una espira),
ésta experimentará una fuerza en el sentido indicado por el dedo pulgar
de la mano derecha. Tal es el principio de funcionamiento en que se
basan los motores eléctricos de corriente continua.
Figura 8 - Principios de Induccion de Movimiento
En el caso de inducción de movimiento para motores de corriente
alterna, el principio de funcionamiento se basa en la producción de un
campo magnético giratorio. Si consideramos que el imán de la figura 9
con sus polos N-S puede girar sobre el eje X-Y, y que un disco de cobre
o aluminio que se halla sometido al campo magnético del imán, también
puede girar sobre el mismo eje, entonces tenemos que, si giramos el
imán, su campo magnético gira igualmente, barriendo el disco próximo
a él, con lo cual el campo que ahora es variable, es la causa que según
los principios de inducción magnética, aparezcan en el disco corrientes
inducidas. Estas corrientes reaccionan dando lugar a una fuerza
magnetomotriz con un torque motor suficiente como para vencer el
torque resistente del eje y originar la rotación del disco.
Figura 9 - Iman con sus polos N-S girando sobre el eje X-Y
Una forma práctica de generar un campo magnético giratorio se
consigue mediante la alimentación, con voltaje alterno trifásico, de un
bobinado también trifásico instalado en un núcleo de material
magnético llamado “estator” , tal como se muestra en la figura 10.
Figura 10 - Alimentacian con voltaje alterno trifasico de un
bobinado trifasico (estator)
A la velocidad de giro del campo magnético se le denomina “velocidad
síncrona”. Dicho campo magnético giratorio corta las varillas de
aluminio del “rotor” que se encuentra instalado al interior del estator,
ver figura 11, sobre las cuales se induce una corriente de rotor que
causará a su vez un campo magnético de rotor, produciéndose una
interacción de campos y provocando el giro del rotor en igual sentido
que el campo magnético del estator, pero a una velocidad ligeramente
menor que la síncrona. Más adelante veremos que a la diferencia de
dichas velocidades se la denomina “deslizamiento”.
Figura 11
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/159-inducci%C3%B3n-de-movimiento-en-motores-el%C3%A9ctricos.html#sthash.HOTbmIU3.dpuf
Movimiento de Rotación en un Motor DCPublicado por José Carlos VillajulcaDomingo, 13 Diciembre 2009 02:02
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MOVIMIENTO DE ROTACIÓN EN EL MOTOR DC
La figura 12 nos muestra un primer modo práctico de implementar un motor de corriente continua.
La energía eléctrica continua de entrada es aplicada al conmutador por
medio de las escobillas nombradas como + (positivo) y - (negativo). El
flujo de corriente pasa a la espira (denominada “armadura”), la cual
experimenta fuerzas en los segmentos AB y CD, causando el giro en la
dirección indicada.
Figura 12
En la figura anterior se muestra a la armadura formada únicamente por
una espira, lo cual no es cierto, pues para aplicaciones prácticas dicha
espira debe ser montada sobre un núcleo magnético tal como se ve en
la figura 13. Debido al paso de corriente a través de la armadura y por
influencia del campo, se induce una fuerza F, la que produce un Par
(Fuerza por distancia) que provoca el movimiento de giro del rotor.
Figura 13
Existen diversos tipos de motor de corriente continua, pero el motor
más usado a nivel de aplicación industrial, es aquel denominado “motor
DC shunt de excitación independiente”. En la figura 14 se muestra
dicho tipo de motor.
Figura 14
Observamos que:
a) La armadura está conformada por un conjunto de bobinas arrolladas
convenientemente sobre un núcleo laminar de metal magnético, la cual
se encuentra montada y unida a presión sobre una barra de acero
denominada eje. Dicho eje tiene en sus extremos un par de rodajes que
permitan su movimiento de giro y van montados sobre unas tapas
fijadas al estator.
b) El campo es un electro-imán conformado por un conjunto de bobinas
arrolladas sobre un núcleo laminar de metal magnético. Dichos núcleos
van montados al interior del estator.- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/160-movimiento-de-rotaci%C3%B3n-en-un-motor-dc.html#sthash.7OPE6GN2.dpuf
Características de un motor DC shuntPublicado por José Carlos VillajulcaViernes, 08 Enero 2010 01:52
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La figura 15 muestra el esquema de un motor DC shunt de excitación
independiente y su respectivo circuito equivalente. Para facilitar la
comprensión de los conceptos básicos de control de motor DC, el
modelo matemático será tomado de forma idealizada....
==> Seguir Leyendo <==- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/172-caracter%C3%ADsticas-de-un-motor-dc-shunt.html#sthash.s4QBkzcC.dpuf
Movimiento de Rotación en el Motor AcPublicado por José Carlos VillajulcaSábado, 09 Enero 2010 02:27
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Los dos principales grupos de motores AC son los del tipo inducción y
síncrono. Los motores tipo inducción incluyen los monofásicos,
trifásicos y rotor bobinado. Los motores tipo síncrono incluyen los auto-
excitados y DC excitados.
De los tipos de motores AC nombrados, el más usado es el motor de
inducción de jaula de ardilla. En la figura 17 podemos ver el motor jaula
de ardilla, en el cual distinguimos que el estator presenta un bobinado
trifásico simétricamente distribuido entre sus ranuras formando un
ángulo de 120° mecánicos.
==> Seguir Leyendo <==- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/174-movimiento-de-rotaci%C3%B3n-en-el-motor-ac.html#sthash.ak7BGY7X.dpuf
Características del Motor de Inducción ACPublicado por José Carlos VillajulcaDomingo, 10 Enero 2010 21:03
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Para poder estudiar y comprender las características de funcionamiento
del motor de inducción de jaula de ardilla, es necesario tener una
representación matemática que refleje fielmente lo que sucede en su
interior. Suponiendo que el motor trabaja con voltaje y corriente
balanceados, en la figura 20 se muestra un circuito equivalente por fase
del motor de inducción, válido para el régimen permanente.
==> Seguir Leyendo <==- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/175-caracter%C3%ADsticas-del-motor-de-inducci%C3%B3n-ac.html#sthash.CgaTidyk.dpuf
Principios Básicos De Mecánica para motores industrialesPublicado por José Carlos VillajulcaMartes, 12 Enero 2010 02:22
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Son dos los parámetros básicos, torque y potencia, que deben ser
completamente entendidos para aplicar apropiadamente los variadores.
TORQUE (T)
Es una fuerza aplicada que tiende a producir rotación. Torque (fuerza
de torsión) sin rotación es llamada torque estático, pues no se produce
movimiento.
El torque es medido en lb-in o lb-ft. Es el producto de una fuerza en
libras (lb) por la distancia en pulgadas (in) o pies (ft) desde el centro del
punto de rotación. La figura siguiente muestra 120 lb-in (12 pulgadas x
10 libras) o 10 lb-ft de torque.
Debido a que la mayor parte de transmisión de potencia se basa en
elementos rotativos, el torque es importante como una medida del
esfuerzo requerido para producir trabajo.- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/176-principios-b%C3%A1sicos-de-mec%C3%A1nica-para-motores-industriales.html#sthash.wQW14zhT.dpuf
Fundamento mecanico aplicado a los motores electricos y variadores de velocidadPublicado por José Carlos VillajulcaSábado, 16 Enero 2010 02:11
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En general, la mayoría de aplicaciones caen dentro de las siguientes
categorías:
A. Torque constante.
B. Potencia constante.
C. Torque variable.
A. Torque constante.-
Alrededor del 90% de las máquinas industriales de aplicación general
(diferentes a la bombas) son sistemas de torque constante. Los
requerimientos de torque de la máquina son independientes de su
velocidad. Si la velocidad de la máquina se duplica, entonces la
potencia es también duplicada. Ver figura 24.
La carga requiere la misma cantidad de torque tanto a baja como alta
velocidad. El torque permanece constante a través de todo el rango de
velocidad, y la potencia aumenta o disminuye en proporción directa a la
velocidad.- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/178-fundamento-mecanico-aplicado-a-los-motores-electricos-y-variadores-de-velocidad.html#sthash.7yJj0DoI.dpuf
Formulas eléctricas con ejemplos aplicado a variadores de velocidadPublicado por José Carlos VillajulcaDomingo, 17 Enero 2010 02:05
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En este apartado veremos diversas formulas eléctricas que nos
ayudaran a calcular diversos parametros sobre motores electricos, al
igual que el articulo anterior con las formulas de tipo mecanicas. En las
principales parámetros tenemos la ley de ohm, formula básica de la
electricidad, potencia en circuitos de corriente continua, potencia en
circuitos de corriente alterna, factor de potencia, asi mismo una lista de
las unidades involucradas como su respectiva equivalencia en unidades
similares.
La Ley de Ohm .....
====>Seguir Leyendo<====- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/179-formulas-el%C3%A9ctricas-con-ejemplos-aplicado-a-variadores-de-velocidad.html#sthash.VtCbEpzz.dpuf
Variadores de Velocidad de Motores DC: FundamentosPublicado por José Carlos VillajulcaSábado, 23 Enero 2010 01:35
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Las características de funcionamiento de los motores DC de excitación independiente y el desarrollo de la electrónica de potencia,
han permitido fabricar equipos variadores de velocidad que controlan
prácticamente todos los parámetros importantes del motor, permitiendo
su uso en todo tipo de aplicaciones industriales. Dichas aplicaciones
van desde el control de velocidad del motor hasta el control de su
posición (servo-variadores).
Los motores DC tienen numerosos inconvenientes, pues necesitan
alimentaciones de potencia en continua. Además para la misma
potencia, estas máquinas son de dimensiones y costos mayores que los
motores de inducción y necesitan más mantenimiento debido al
conmutador. Las ventajas de los motores DC es que pueden
proporcionar altos pares de arranque, su margen de velocidad es
grande por encima y por debajo de los valores nominales y su
procedimiento de regulación es más sencillo y económico que los
correspondientes a los motores de inducción.
Por las razones expuestas líneas arriba, se siguen usando los motores
DC y por lo tanto los variadores de velocidad para dicho tipo de motor
han seguido desarrollándose sobre todo en lo que respecta a su etapa
de control (comunicación por computadora, panel digital de
programación, auto-sintonía, etc.), pues su etapa de potencia
(rectificadores controlados mediante tiristores o transistores)
permanece invariable.
VARIACION DE VELOCIDAD
De las ecuaciónes anteriores se tiene que la velocidad n depende de:
Por lo tanto, el control de la velocidad de un motor DC se consigue
mediante la variación del voltaje de armadura (Va ) o por variación del
flujo magnético del campo (proporcional a If ).
Hasta antes de la llegada de los variadores electrónicos de velocidad
para motores DC, las formas de regular la velocidad eran por
procedimientos que se citan a continuación:
a.- Por variación de la tensión en bornes de armadura Va :
• Control reostático de la tensión de armadura. Tracción eléctrica.
• Empleando un elevador/reductor.
• Modificando el acoplamiento de dos motores por medio de
engranajes.
• Sistema Ward-Leonard.
b.-Por variación de flujo de campo
• Reostato de regulación de campo.
INVERSIÓN DE GIRO DE MOTORES DE DC
La inversión de giro de un motor DC se necesita en gran cantidad de
aplicaciones. Para cambiar el sentido de giro hay que variar el campo
magnético en uno de los dos circuitos del motor (armadura o campo).
En la práctica, la variación del sentido del campo magnético se hace
sobre el bobinado de armadura tal como se muestra en la figura 1. En
este caso la posición del interruptor nos permite cambiar el sentido de
la polaridad del voltaje DC que recibe la armadura y por lo tanto
cambiará el sentido de giro del motor.
Figura 1
FRENADO DE MOTORES DC
El frenado o parada rápida es una de las maniobras más importantes a
realizar en el mando de un motor. Dicho objetivo se puede lograr por:
• Frenado por recuperación de energía o también llamado
regenerativo.
• Frenado reostático o también llamado dinámico.
• Frenado por inversión de corriente de armadura.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/184-variadores-de-velocidad-de-motores-dc-fundamentos.html#sthash.sAw0sNlJ.dpuf
Etapa de Potencia en variadores de velocidad DC con TiristoresPublicado por José Carlos VillajulcaLunes, 25 Enero 2010 00:48
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Usualmente, una unidad de potencia de estado sólido convierte la energía AC de la planta a un voltaje DC ajustable. Este voltaje alimenta a la armadura del motor. La velocidad del motor DC varía proporcionalmente al voltaje de armadura asumiendo:
• El motor es suficientemente grande para alimentar a la carga
conectada.
• La corriente de campo del motor es constante.
Los motores DC tienen dos componentes principales: armadura y
campo. La interacción de los campos magnéticos de ambos
componentes provocan la rotación del rotor.
La etapa puede ser implementado mediante el uso de:
- Tiristores
- Transistores.
VARIADOR A TIRISTORES
Los Rectificadores Controlados de Silicio (SCR) normalmente llamados
“tiristores”, usados en la unidad de potencia convierten voltaje AC a un
voltaje DC controlado. El SCR conduce corriente cuando un pequeño
impulso de voltaje es aplicado a su terminal “gate”, ver figura 2
Figura 2
La mayoría de variadores a tiristor diseñados para operar con
alimentación AC monofásica, tienen 4 tiristores. Las unidades que
operan con alimentación trifásica son frecuentemente construidos con
seis tiristores, ver figura 3.
Una variante de dicho diseño incluye el reemplazo de la fila inferior de
tiristores por diodos rectificadores y adicionando un diodo de
conmutación a través de la salida de armadura DC.
Figura 3
La fuente del campo mostrada en la figura 3 se encuentra
implementada por un puente de diodos, por lo tanto el campo recibe un
voltaje DC fijo de valor igual a su nominal. La armadura recibe voltaje
DC variable, con la finalidad de que el motor trabaje en la región de
torque constante tal como se vio en la figura 16 de la primera parte.
Para desconectar físicamente al motor de la unidad de potencia de
estado sólido, se utiliza un contactor (M), ver figura 4. Al energizar la
bobina de control del contactor M, el puente rectificador a tiristores
alimenta a la armadura haciendo que dicha máquina trabaje como
motor impulsando a la carga acoplada a su eje.
Cuando se desea tener control de frenado de dicho motor, se puede
frenar rápidamente por medio de una resistencia de frenado dinámico
(Dynamic Brake: DB) a través de la armadura del motor, ver figura. 4.
La bobina de control del contactor M debe ser desenergizada para
permitir que la resistencia DB actúe como una carga de la armadura, la
cual por acción de la inercia de su carga, se ha convertido en
generador. Dicho frenado dinámico sólo es efectivo mientras la
armadura se encuentre en movimiento.
Adicionando otro grupo de tiristores (denominados sección reversa)
conectados con polaridad invertida, ver figura 5, el variador obtiene
capacidades regenerativas y puede operar en los cuatro cuadrantes, ver
figura 6.
Dicha configuración ofrece operación bidireccional sin el uso de
contactores de inversión y frenado regenerativo controlado.
Figura 5
Figura 6
El frenado regenerativo se entiende como el retorno de energía desde
el motor (durante el instante de frenado se comporta como generador)
hacia la fuente de alimentación AC. Dicha energía debe ser de algún
modo absorbida por la fuente. La figura 6 nos muestra que durante el
frenado, la polaridad de la armadura no cambia pero si el sentido de la
corriente. Esto quiere decir que para el frenado regenerativo el voltaje
de alimentación a la armadura se debe hacer menor que la tensión
contra-electromotriz. Ver ecuación (1-1) de la primera parte.
Los variadores a tiristores son los normalmente utilizados en la
industria pues pueden controlar motores DC de fracciones de potencia
hasta decenas de MW.- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/185-etapa-de-potencia-en-variadores-de-velocidad-dc-con-tiristores.html#sthash.4vTQE5oE.dpuf
Etapa de Control de variadores de velodicidad DC: Control realimentadoPublicado por José Carlos VillajulcaMartes, 26 Enero 2010 01:45
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Se presenta el Diagrama de Bloques del variador de velocidad de motor
DC en el cual presentamos las principales partes que la conforman. Ver
figura 8.
Figura 8
Las partes numeradas se detallan a continuación:
#1. Valor de referencia de velocidad ingresando al bloque
comparador. Normalmente es un valor de voltaje proporcionado por
un potenciómetro o señales normalizadas 0-10V / 4-20mA provenientes
de un controlador.
#2. Error de velocidad. Es el resultado de la comparación de las
señales denominadas valor de referencia de velocidad y realimentación
de velocidad.
#3. Bloque regulador de velocidad. Reacciona con características
proporcional-integral (PI) ante el error de velocidad que recibe a su
entrada. La señal 4 es la salida.
#4. Valor de referencia de torque. Denominado así porque se
compara con la realimentación de corriente, la cual es proporcional al
torque que desarrolla el motor.
#5. Error de torque. Es el resultado de la comparación de las señales
denominadas valor de referencia de torque y realimentación de
corriente.
#6. Bloque regulador de torque. Reacciona con características
proporcional-integral (PI) ante el error de torque que recibe a su
entrada. La señal 7 es la salida.
#7. Mando disparo de tiristores. Es la señal DC que se transforma
en pulsos de disparo luego de ingresar al circuito de disparo. El ángulo
de disparo es tal que la potencia DC recibida por la armadura del motor
sea la necesaria para mantener la velocidad del motor al valor de
referencia deseado.
#8. Realimentación de corriente. Es la señal que representa a la
corriente de armadura, medida en forma directa por medio de un
transformador de corriente DC o en forma indirecta por medio de una
resistencia de pequeño valor (resistencia shunt).
#9. Realimentación de corriente. Es la señal de medida de corriente
de armadura pero en forma indirecta por medio de transformadores de
corriente AC ubicados en la entrada de la etapa de potencia. Dicho
valor de corriente debe ser rectificado por medio de puente de diodos y
transformado en VDC por medio de una resistencia.
#10. Realimentación de velocidad. Es la señal de medida de
velocidad en forma indirecta por medio de tomar una muestra del
voltaje de armadura (ver siguiente ecuación 2-2). Dicho valor tiene un
error inherente de velocidad medida debido a la caída Ia ra, razón por
la cual el variador pierde precisión al tratar de controlar la velocidad.
Para minimizar dicho problema se aplica la técnica de Compensación
IxR.
#11. Realimentación de velocidad. Es la señal de medida de
velocidad en forma directa. El medidor de velocidad se acopla
directamente al eje del motor. Existen dos tipos de dichos medidores
los que se denominan: Tacogenerador (Dinamo-Tacométrica) y Encoder.
El tacogenerador proporciona una señal tipo voltaje analógico DC
proporcional a la velocidad del eje del motor y con polaridad
dependiendo del sentido de giro. Usar el tacogenerador permite una
precisión de velocidad del orden de ± 0,1%. El encoder proporciona
cuatro señales digitales desfasadas de a dos, los cuales proporcionan
información de velocidad, sentido de giro y posición. Usar el encoder
permite una precisión de velocidad del orden de ± 0,01%.
Se tiene los siguientes ejemplos:
a) Las instrucciones desde una estación de control de operador u otra
entrada, son enviadas hacia el regulador, ver figura 9. El regulador
compara las instrucciones con las realimentaciones de voltaje y
corriente y envía la señal apropiada hacia el circuito de disparo. Dicha
etapa acondiciona los pulsos de disparo que activarán a los Transistores
o tiristores, causando su conducción. En algunos diseños, el regulador y
circuito de disparo están unidos en un solo circuito digital.
Figura 9
La realimentación de voltaje da una indicación de la velocidad del
motor, y la corriente indica el torque del motor tal como se vio en la
ecuación (1-1) y (1-2) de la primera parte.
De dichas ecuaciones y despreciando la caída en la inductancia La se
tiene:
De la ecuación anterior observamos que la realimentación de voltaje de
armadura V es una forma indirecta de medir la velocidad n en el motor.
Lo ideal sería medir el valor del voltaje contra-electromotriz Ea pero,
eso es imposible, por lo tanto lo mejor es medir el voltaje de armadura
aplicado y restar de ella un voltaje igual a la caída Ia ra ; esto es posible
gracias a que la caída de voltaje en los extremos de cualquier
resistencia es proporcional a la caída en la resistencia de la armadura.
Los ajustes típicos en el regulador incluyen: mínima velocidad, máxima
velocidad, límite de corriente (torque), compensación IR (carga) y
ajuste de la tasa de aceleración.
b) Para un control más preciso de la velocidad, un encoder o
tacogenerador pueden ser montados en el motor para dar una señal de
realimentación, ver figura 10, que es proporcional a la velocidad actual
del motor. La calidad de estos y del regulador determina la precisión
total del variador.
Figura 10
En la figura 9 se observa que las bobinas de campo y armadura son
alimentadas por circuitos independientes. Generalmente la
alimentación que recibe el campo es constante, por lo que se facilita la
característica de control de torque, la cual dependerá únicamente de la
corriente aplicada a la armadura.
En la figura 11 se representa el modo de control mencionado, el cual es
del tipo “Control Vectorial” pues se tiene la habilidad de controlar
independientemente las corrientes que producen el flujo y torque en un
motor con el propósito de controlar con precisión su torque y potencia.
El ángulo “d” es de 90° debido a la posición mecánica entre el
conmutador y las escobillas, por lo tanto el torque es directamente
proporcional a la corriente de armadura (Ia) ya que If es constante.
Observe que al aumentar la carga del motor, la velocidad tiende a
disminuir y por lo tanto el variador debe ser capaz de proporcionar
mayor Ia al motor para compensar dicho incremento de carga y así
mantener la velocidad constante.
Figura 11
Trasductores de Velocidad y Corriente para motoresPublicado por José Carlos VillajulcaMiércoles, 27 Enero 2010 03:05
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Los transductores son elementos que cambian una magnitud física a otra, es decir.
• Magnitud física de velocidad angular se puede cambiar a una
magnitud física de voltaje.
• Magnitud física de corriente se cambia a voltaje.
• Magnitud física de movimiento angular se cambia a voltajes
senoidales.
Entre los transductores que se utilizan para medir velocidad tenemos:
A) ENCODER
Los encoder están divididos en dos grupos: incremental y absoluto.
Encoder Incremental, cuentan simplemente el paso de una división del
círculo y entregan salidas pulsantes que permiten almacenar la cuenta
y conocer el sentido de rotación. Este método es conocido como sistema
de salida “A Quad B” y se muestra en la figura 12.
Figura 12
En este método, el sentido de giro se deduce de la presencia de los
frentes de los trenes de impulsos A y B. Una transición de 0 a 1 en “A”
se produce antes que una transición de la misma forma en “B” en un
sentido de rotación, y lo contrario sucede si el giro es en sentido
opuesto, ver figura 13.
Durante la rotación del eje, cada vez que pasa por la posición cero se
genera un impulso sincrónicamente con A y B. Los encoder
incrementales producen estos impulsos a partir de dispositivos
fotoeléctricos.
La ventaja del encoder incremental es que la posición inicial no es
conocida en el instante de la puesta en marcha.
Figura 13
Algunos valores nominales de los encoder incrementales son: 1024
pulsos por revolución, 300 pulsos por revolución, etc.
Encoder Absoluto, proporcionan una salida digital paralelo que es
generada por un patrón situado sobre un disco rotativo acoplado al eje.
Los sensores empleados en este caso pueden ser contacto eléctricos o
un sistema fotoeléctrico. Pueden utilizarse diversos códigos, siendo el
binario y el Gray los más corrientes y es posible alcanzar resoluciones y
precisiones muy altas, del orden de 16 bits (20 segundos de arco) y
superiores.
Este método tiene el inconveniente de su elevado costo y presenta el
problema de la transmisión de los datos en paralelo si el encoder se
halla distante del sistema electrónico de medida.
B) RESOLVER
Resolver, es un transformador rotativo cuya tensión analógica de
salida está relacionada únicamente con el ángulo de su eje. Es, por lo
tanto, un transductor de posición absoluta con un ángulo de rotación de
0 a 360°. Ver figura 14.
El resolver como transductor de medida de ángulo presenta diversas
ventajas. En primer lugar, es un dispositivo mecánico robusto que
puede soportar ambientes agresivos de polvo, aceite, temperaturas
extremas y radiaciones. En segundo lugar, por ser un transformador
introduce separación de señal y el rechazo natural de modo común de
las interferencias eléctricas.
Figura 14
Esta característica, asociada con el echo de que sólo se necesitan
cuatro hilos para la transmisión de datos angulares, hace al resolver
único en la medida de ángulos e idealmente apropiados para operar en
las duras condiciones ambientales propias de la industria pesada y
aeroespacial. Actualmente se dispone de resolvers sin escobillas, que
no necesitan establecer ningún contacto con el rotor, lo que aumenta
en gran medida la duración y fiabilidad del dispositivo.
C) TACÓMETROS
Tacogenerador (Tach) o Dínamo Tacométrica (DT), es una
máquina eléctrica DC que convierte energía mecánica a energía
eléctrica, es decir que trabaja como generador DC.
Sus partes son:
Estator conformado por un imán permanente que proporciona el flujo
magnético 0F, y
Rotor construido de un núcleo laminado ranurado, sobre el cual se
tienen bobinados de alambres de cobre, los que terminan en el
conmutador y escobillas necesarios para transformar el voltaje inducido
en salida disponible DC. Ver figura 15.
Figura 15
El eje del tacómetro se acopla con el eje del motor del cual se va a
tomar la medida de velocidad. Al girar el motor, su eje arrastra al del
tacómetro, el cual responde en su salida con un voltaje DC
directamente proporcional a la velocidad del motor. Se tiene la
siguiente ecuación que relaciona la velocidad de entrada n (en RPM) y
el voltaje DC de salida Vout del tacómetro:
Ecu 2.3
D) TRANSFORMADOR DE CORRIENTE AC
Conformado por un núcleo laminado toroidal alrededor del cual se
encuentra el bobinado inducido que viene a ser el secundario. Por el
agujero del núcleo toroidal va el cable de la corriente a medir
(Iprimario), dicha corriente es AC; la corriente de salida se denomina
Isecundario, y también es AC pero de un valor menor, de acuerdo a la
relación de transformación según su placa de datos. La corriente
secundaria debe ser rectificada mediante puente de diodos y convertida
a voltios tal como se muestra en la figura 2-13.
Figura 2-13
Se tiene la siguiente relación:
Ecu 2.4
Donde k1 es la relación de transformación (IPRIMARIO/ISECUNDARIO) nominal y
R es la resistencia de conversión de corriente a voltaje. El
transformador de corriente AC va colocado en la línea de alimentación
a la etapa de potencia y su finalidad es medir en forma indirecta la
corriente DC que consume la armadura.
E) TRANSFORMADOR DE CORRIENTE DC
Se basa en el fenómeno de “efecto Hall” en el que los portadores de
carga que se mueven a través de un campo magnético son forzados
hacia un lado del medio del conductor, luego la distribución no
uniforme de la carga produce una diferencia de potencial de lado a
lado, el cual se denomina Voltaje Hall. En la figura 2-14 se muestra una
aplicación como medidor de flujo de potencia.
Figura 2-14
F) RESISTENCIA SHUNT
Conformado por una barra de cobre o bronce, la cual es colocada en
serie con el conductor cuya corriente DC se desea medir. Ver figura 2-
15.
Figura 2-15
Se basa en el principio de caída de voltaje que produce una resistencia
al ser atravesada por una corriente (Ley de Ohm).
La ecuación que representa la relación es:
Ecu 2.-5
Donde k2 es la relación de transformación en mV/Amperios nominales
dada en la placa de datos de dicha resistencia shunt.
Se especifica del siguiente modo: k2=20mV/50A, k2=50mV/50A, etc. Lo
cual quiere decir, para el primer caso, que al pasar una corriente
máxima de 50ADC existe una caída de voltaje igual a 20mV en los
bornes de la resistencia shunt.
Su ventaja es el costo económico.
La desventaja es que no tiene aislamiento entre etapa de potencia y
etapa de control; además es necesario amplificar la señal de salida del
orden de mV a V.
En algunas aplicaciones, para conservar el aislamiento entre etapa de
potencia y control, se utiliza una tarjeta convertidora DC/DC la cual
cumple también la función de amplificar la señal de proporcional a la
corriente que va a recibir la etapa de control.- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/187-trasductores-de-velocidad-y-corriente-para-motores.html#sthash.wlHWs8zj.dpuf
Control de procesos orientado a motores y variadores de velocidad
Publicado por José Carlos VillajulcaViernes, 19 Febrero 2010 04:07
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Es un método por el cual un “Proceso” de fabricación puede ser controlado de forma continua y automática, con resultados regulares y coherentes. El control de procesos define el sistema general, sus componentes, y sus respectivas capacidades. El control de procesos puede tener los siguientes nombres.
• Control de lotes (batch) continuos.
• Control de bucle cerrado.
• Control de bomba. Control de nivel.
• Control térmico de zona. Control automático.
Se tienen las siguientes ventajas:
• La capacidad de fabricar un producto con exactitud repetible.
• El uso mas eficaz y eficiente de las instalaciones de la planta.
• Permite al operador dedicarse a trabajos más productivos y que
requiera mayor destreza.
• Se reducen las tareas aburridas y se evita que haya trabajadores
expuestos a operaciones peligrosas.
• Mayor productividad, menor desperdicio.
Control de bucle abierto (sin realimentación)
Se denomina así a un sistema de control que no detecta su propia salida
y por lo tanto no hace correcciones en el proceso. No hay
retroalimentación al sistema de control que le permita a éste regular el
proceso.
Control de bucle cerrado (con realimentación)
Ofrece al usuario la capacidad de programar una determinada
operación de modo que se realice en forma regular y coherente. Un
sistema de control que haya sido correctamente preparado hará ello
independientemente de casi todas las influencias (perturbaciones)
externas.
El control Proporcional-Integral-Derivativo (PID) tiene como fin
específico mantener la regularidad del proceso y compensar las
perturbaciones externas.
Diagrama de Bloques de un Sistema Realimentado
Los sistemas de control se representan usualmente mediante una serie
de bloques interconectados. Los bloques representan las funciones
específicas del sistema. Ver figura 2-16.
Todo sistema realimentado puede dividirse en cuatro operaciones
básicas:
1. Medición de la variable controlada.
La variable controlada puede ser temperatura, velocidad, espesor,
presión de agua, etc. Como elemento de medición se usa un sensor, y la
medición obtenida se convierte luego en una señal compatible con las
entradas del control, por lo general voltaje (0-10V) o corriente (4-
20mA). Esta señal representa a la variable controlada.
2. Determinación del error.
Esto se realiza en la sección de comparación.
Error = Vref - Vmedida (2-6)
3. La señal de error
Es usada luego por el control para cambiar el torque o la velocidad del
motor.
4. La variable controlada
Se emplea después el torque o la velocidad del motor para reducir la
señal de error accionando el control de manera que el valor real de la
variable controlada se aproxime al valor de referencia (Vref). Es
importante notar que los sistemas de control realimentados son
accionados mediante el error; es decir, deberá existir un error antes
que el sistema trate de hacer la corrección respectiva.
Definición de “P” (Ganancia Proporcional)
Es la amplificación que se aplica a la señal de error del proceso y que
va a resultar en una determinada salida del control.
La ganancia proporcional se define como:
Donde: Aout= Salida del control
KP= Ganancia proporcional
E= Señal de error del proceso
La ecuación (2-7) se puede interpretar como:
• La amplitud de la salida del control es función del error del proceso,
multiplicado por la ganancia proporcional.
• Para una determinada magnitud del error, cuanto mayor sea la
ganancia proporcional, mayor será la salida.
• Para un determinado valor de la ganancia proporcional, cuanto
mayor sea el error, mayor será la salida.
Ver figura 2-17 para aclarar la definición de ganancia proporcional.
Definición de “I” (Ganancia Integral)
La ganancia integral (al igual que la ganancia proporcional) es una
amplificación de la señal de error del proceso, pero depende del
tiempo.
Un error de estado estacionario que se mantienen durante un largo
período de tiempo es conocido como desviación (offset o desequilibrio).
La ganancia integral compensa esta desviación o error a largo plazo.
La ganancia integral se define como:
Donde:
Aout= Salida del control.
E= Señal de error del proceso..
At = Cambio en el tiempo.
• La salida del control (Aout) es igual a la ganancia integral (ki),
multiplicada por el error acumulado durante un intervalo de tiempo t.
• El error de largo plazo se acumula a través del tiempo y la ganancia
integral permite compensar y reducir el error de largo plazo.
En general, si usted usara en un proceso tan solo el control
proporcional, la salida del control nunca haría que la variable
controlada sea exactamente igual al valor de referencia. Siempre habría
una pequeña cantidad de error. La característica integral detecta esta
desviación de largo plazo y corrige la salida del control para reducir el
efecto de tal desviación
Definición de “D” (Ganancia Diferencial)
El elemento diferencial es proporcional a la tasa de cambio del error
del proceso. La ganancia diferencial se proporciona para reducir la
sobremodulación (overshoot o sobreimpulso) del control de procesos
durante perturbaciones repentinas de gran magnitud. El elemento
diferencial responde únicamente durante las condiciones transitorias.
La ganancia diferencial se define como:
Donde:
KD: Ganancia Diferencial
AE/At : Cambio en la señal de error del proceso dividida por el cambio
del tiempo.
La interpretación de la ecuación (2-9) es:
- Al producirse un gran cambio en el error del proceso durante un
período fijo de tiempo, el termino diferencial ejercerá un efecto grande
sobre la salida de control.
- Un pequeño cambio en el error del proceso durante un período fijo de
tiempo ejercerá menor efecto sobre la salida del control.
En la mayoría de las aplicaciones la ganancia diferencial es raramente
usada. De ser necesaria, se la deberá emplear con sumo cuidado,
puesto que podría provocar inestabilidad.
Definición de “PID” (Proporcional, Integral, Derivativo)
Es la suma total de los tres elementos de ganancia, y puede expresarse
como sigue:
Se puede interpretar la ecuación anterior:
• La ganancia Proporcional es una ganancia de estado estacionario y
está siempre activa.
• La ganancia Integral estará activa solamente ante desviaciones por
errores de largo plazo. No estará activa en el bucle de control cuando
los errores son de breve duración.
• La ganancia diferencial estará activa solamente ante desviaciones por
errores transitorios, de corto plazo. No estará activa en el bucle de
control cuando los errores son de larga duración.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/193-control-de-procesos-orientado-a-motores-y-variadores-de-velocidad.html#sthash.uoa7R0Zb.dpuf
Puesta en marcha de variadores de velocidad DC: comprobacion etapa de potencia y controlPublicado por José Carlos VillajulcaDomingo, 21 Febrero 2010 02:30
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CRITERIOS PARA LA PUESTA EN MARCHA
Antes de proceder a la puesta en marcha del variador, es imprescindible haber leído el manual respectivo, en donde el fabricante nos proporciona información sobre las pruebas previas a efectuar en las etapas de potencia y control.
El método que presentamos a continuación puede servir como una
referencia de pruebas usadas sobre todo en variadores del tipo
analógicos. Dichas pruebas deben ser realizadas estando el variador sin
alimentación de energía.
COMPROBACIÓN ESTADO DE LA ETAPA DE POTENCIA
Destape el equipo variador y compruebe el estado de los diodos y
tiristores que conforman la etapa de potencia. Observará que se tienen
dos partes, las cuales corresponden a los circuitos de alimentación de
armadura y campo. Utilice un multímetro digital en escala de diodos,
ver figura 2-22. Es importante que tenga conocimiento del tipo de
rectificador controlado implementado por el fabricante.
Revise el estado de los fusibles, los cables de conexión, las borneras de
fuerza, los empalmes, los puentes que sirven para adaptar la etapa de
potencia para diversos niveles de voltajes de alimentación (110VAC,
220VAC, 380VAC, 440VAC), los sensores de corriente y velocidad, etc.
Por medio de observación minuciosa determine si existen restos de
suciedad, polvo o humedad. Proceda a la limpieza con un trapo seco
que no deje pelusa o en todo caso con una brocha de pelo de cerda para
evitar problemas de carga estática.
Terminado el procedimiento, el equipo variador debe ser
ensamblado nuevamente y preparado para la siguiente fase.
COMPROBACIÓN ESTADO DE LA ETAPA DE CONTROL
Sin aplicar energía y con ayuda del manual del fabricante, efectuar los
empalmes de conexión a las borneras de potencia y control.
La bornera de potencia se puede describir generalmente como sigue:
(Ver figura 2-23)
En donde:
Las borneras L1, L2 y L3 es la entrada de alimentación VAC del nivel de
voltaje ajustado en el procedimiento anterior (se a tomado como
ejemplo un variador de velocidad trifásico que son los más usados a
nivel industrial). Dichos voltajes de línea alimentan a los circuitos
rectificadores de armadura y campo.
Las borneras +A y -A son la salida del rectificador que se encargará de
alimentar a la armadura con voltaje DC.
Las borneras +F y -F son la salida del rectificador que se encargará de
alimentar con voltaje DC al campo del motor.
Durante la comprobación de la etapa de potencia, las salidas de
armadura y campo de la bornera de potencia se conectan a unas
lámparas que simularán, por el momento, la función de dichas bobinas.
La bornera de control (ver figura 2-24) se describe como sigue:
Normalmente:
La bornera L1, L2 y L3 es el mismo voltaje que alimenta a la bornera de
potencia (salvo indicación en contrario del fabricante). La entrada
“Run” permite habilitar el funcionamiento del Variador.
El potenciómetro Vreferencia es la señal de referencia de velocidad (en
sentido de giro horario el punto deslizante debe unirse con +V)
La bornera +DT y -DT es la entrada de la señal de realimentación de
velocidad que normalmente se conecta al tacogenerador, pero en este
caso de prueba, se reemplaza por una fuente de alimentación DC de
valor adecuado.
El procedimiento de prueba de la etapa de control es:
Ajuste el potenciómetro Vreferencia y la fuente DC al mínimo (sentido
antihorario).
El interruptor Parada/Marcha debe estar abierto.
Alimentar con voltaje VAC ambas borneras. La lámpara que representa
a la bobina de campo se encenderá inmediatamente.
Cierre el interruptor Parada/Marcha. La lámpara que representa a la
armadura debe permanecer apagada (a menos que su ajuste de
velocidad mínima sea diferente de cero).
Gire ligeramente en sentido horario el potenciómetro Vreferencia hasta
observar que la lámpara de armadura comience a iluminar. Dicho
incremento de iluminación aumenta lentamente (indicándonos que el
variador tiene rampa de aceleración) hasta que alcanza el máximo
voltaje posible de armadura según placa de datos del variador.
Gire lentamente en sentido horario la fuente DC hasta observar que la
lámpara de armadura comienza a apagarse lentamente (indicándonos
que tiene rampa de desaceleración) hasta iluminación mínima.
Si el variador responde de la forma indicada líneas arriba se concluye
que la etapa de control se encuentra operativa.
Apague el variador y desconecte los empalmes de prueba.- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/194-puesta-en-marcha-de-variadores-de-velocidad-dc-comprobacion-etapa-de-potencia-y-control.html#sthash.SPneWYmF.dpuf
Instalación y puesta en marcha de variadores de velocidad DCPublicado por José Carlos VillajulcaDomingo, 07 Marzo 2010 17:19
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INSTALACIÓN DEL VARIADOR
Luego de seguir el procedimiento de prueba, se continúa con la instalación del variador en el lugar designado para el caso, teniendo en cuenta las condiciones de puesta a tierra, distancias con otros equipos, facilidad de operación para el usuario, ventilación etc., tal como indica el fabricante en su manual de instalación. Como ejemplo ver figura 2-25.
No olvide que el motor a ser impulsado por el variador debe haber sido
previamente revisado comprobando que no tenga problemas
mecánicos, falta de asentamiento de escobillas, bajo aislamiento, falta
de ventilación forzada, etc.
Siempre es recomendable verificar la placa de datos del motor y
variador. Normalmente el voltaje de salida máxima del variador debe
ser mayor que el del motor para poder ser capaz de proporcionar 150%
de torque adicional durante breves segundos ante cargas de gran
inercia.
PUESTA EN MARCHA
La puesta en marcha se realiza con el motor DC instalado como carga
del variador. Las conexiones de las borneras de Potencia y Control
deben ser realizadas según las indicaciones del fabricante del variador
para un óptimo resultado en el control de velocidad del motor.
En la actualidad los variadores de velocidad digitales facilitan la puesta
en marcha pues disponen de un teclado y su pantalla respectiva donde
se observan los valores de parámetros a ser ajustados.
A continuación mostramos los principales parámetros que normalmente
deben ser ajustados para conseguir un óptimo rendimiento del equipo
variador de Velocidad.
Realimentación de velocidad
Normalmente los fabricantes disponen la posibilidad de usar
realimentación por armadura, tacogenerador o encoder. Se debe
escoger cualquiera de ellas. Todo dependerá de la exactitud con la que
se quiere tener el control de velocidad.
Velocidad Mínima
Es un potenciómetro interno del variador que se ajusta por única vez. El
potenciómetro Vreferencia debe estar al mínimo (sentido antihorario)
para poder ajustar la velocidad mínima de común acuerdo con la
persona encargada de la supervisión del proceso industrial del que
formara parte el variador
Velocidad Máxima
Al igual que el caso anterior, es un potenciómetro interno del variador.
Su ajuste se efectúa por única vez. El potenciómetro Vreferencia debe
estar al máximo (sentido horario) para poder ajustar la velocidad
máxima.
Rampa de aceleración
Potenciómetro interno y ajustable por única vez. Su valor depende del
proceso industrial a controlar. Se debe consultar con el responsable.
Rampa de desaceleración
Igual que el caso anterior.
Límite de corriente
Potenciómetro interno y ajustable por única vez. Su valor debe ser tal
que no permita al variador proporcionar corriente de armadura mayor
al valor nominal del motor. Por lo tanto es una protección tanto para el
motor como para la etapa de potencia del variador.
Para ajustar correctamente se procede como sigue:
a). Potenciómetros Vreferencia y límite de corriente al mínimo.
b). Retire alimentación de campo del motor o trabe el eje.
c). Coloque una pinza amperimétrica en la armadura del motor.
d). Alimente con energía al variador.
e). Potenciómetro Vreferencia incremente lentamente al máximo
La corriente de armadura no debe subir demasiado.
f). Ajuste lentamente en sentido horario el potenciómetro de límite
de corriente hasta que el valor medido de la corriente de armadura
sea igual al valor nominal visto en placa de datos del motor.
g). Selle el potenciómetro de límite de corriente para que no se
pueda manipular. Retorne el potenciómetro Vreferencia al mínimo.
h) Apague el variador y destrabe el eje del motor o instale nuevamente
el campo.
Compensación IxR
Potenciómetro interno ajustable por única vez. Sólo se debe usar
cuando la realimentación de velocidad es por medio de voltaje de
armadura. El procedimiento a seguir es:
a). Encienda el variador, compensación IxR debe estar al mínimo.
Maniobre Vreferencia hasta que la velocidad del motor sea un valor
conocido. Anote dicho valor. El motor debe estar en vacío ó a carga
mínima.
b). Aplique carga máxima al motor. Anote su velocidad, la cual debe ser
menor que el valor en vacío. Incremente ligeramente el potenciómetro
de compensación IxR hasta lograr que la velocidad del motor se
acerque a su valor en vacío. Realice más pruebas para diferentes
cargas y luego selle el potenciómetro compensación IxR.
Ajuste de Estabilidad
Los potenciómetros de estabilidad o sintonía deben estar ajustados tal
como lo indica inicialmente el fabricante del variador. Luego encienda
el variador y manipule la velocidad del motor hasta un valor intermedio.
Aplique carga al motor y observe la reacción del cambio de velocidad
del motor. El variador debe controlar la velocidad del motor sin causar
oscilaciones ante cambios de carga. Siga las indicaciones del
fabricante.- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/196-instalaci%C3%B3n-y-puesta-en-marcha-de-variadores-de-velocidad-dc.html#sthash.dwtC1UrO.dpuf
Sintonizacion PID en variadores de velocidadPublicado por José Carlos VillajulcaMiércoles, 10 Marzo 2010 02:21
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A continuación presentamos algunos ejemplos de sintonización de variadores, con los que pretendemos dar una idea de algunos procedimientos a seguir para lograr que el sistema controlado trabaje de manera óptima.
SINTONIZACIÓN MANUAL CON UN MULTÍMETRO
Sintonización Manual Inicial de los Sistemas en General
1. Ajuste la ganancia integral (kj) a 0.
2. Ajuste la ganancia diferencial (kD) a 0.
3. Ajuste la ganancia proporcional (kp) en 20% de su máximo valor.
4. Habilite el control y hágalo funcionar con carga constante. Ajuste el
potenciómetro de valor de referencia al punto medio de su rotación.
5. Observe la señal de realimentación con un multímetro.
6. Incremente (kp) lentamente hasta que la realimentación del proceso
comience a aumentar. El objetivo es hacer que la realimentación
alcance ½ de su rango total de escala completa. En caso que ocurran
oscilaciones, reduzca un poco (kp) y continúe el paso siguiente.
7. Cambie el valor de referencia en un 20% aproximadamente, y
observe la señal de realimentación del proceso (o el motor, si resulta
conveniente).
8. Si la respuesta ha sido estable, incremente (kp) hasta que la
realimentación del proceso oscile un poco al efectuarse el paso 7.
Disminuya luego lentamente (kp) hasta que la realimentación del
proceso sea estable. Este parámetro estará definido.
NOTA: Mientras se opera con carga constante, el valor realimentado no
será igual que el valor de referencia. Esto será sintonizado luego. Ver
figura 2-26.
9. Habilite el control y hágalo funcionar con una carga constante.
Ajuste la señal de referencia a la mitad de su máximo valor. Maniobre
(kI ) a un valor pequeño, por ejemplo 0,1 Hz. Observe la señal de
realimentación del proceso, la que deberá aumentar lentamente
durante un período de varios segundos hasta alcanzar exactamente el
valor de referencia. Aumente (kI ) para reducir el tiempo que lleva
eliminar el error de estado estacionario. Si el sistema comienza a
oscilar o se hace inestable, reduzca (kI ). Una ganancia integral del
proceso que sea demasiada alta creará fácilmente inestabilidad en casi
cualquier sistema. Use el mínimo valor de ganancia que resulte
necesario para lograr la operación apropiada. Ver figura 2-27.
10. Si el sistema sigue inestable o responde poco, revise el
dimensionamiento del motor y el control con respecto a la carga.
Compruebe también si el parámetro Velocidad Máxima es
suficientemente alta. En algunos casos dicho parámetro puede ser el
factor limitante, o quizás el conjunto de motor y control resulte
demasiado pequeño para la aplicación.
SINTONIZACIÓN MANUAL CON UN OSCILOSCOPIO
Un aumento en la ganancia proporcional (kp) resultará en una
respuesta rápida, y una ganancia proporcional excesiva ocasionará
sobremodulación (sobreimpulso u overshoot) y oscilaciones transitorias
(ringing). Al disminuir la ganancia proporcional se obtendrá una
respuesta más lenta, y mermarán la sobremodulación y las oscilaciones
transitorias provocadas por una ganancia proporcional excesiva. Si la
ganancia proporcional y la ganancia integral se ajustan con valores que
son demasiado próximas uno al otro, puede también ocurrir una
condición de sobremodulación.
El valor en Hz de la ganancia integral puede definirse como cualquier
magnitud desde 0 a 10Hz. Al definirse (k¡) como 0, se elimina la
compensación integral, resultando en un bucle de tasa proporcional.
Esta selección es ideal para aquellos sistemas en que debe evitarse la
sobremodulación y que no requieran un grado sustancial de “rigidez”
(la capacidad de la unidad de mantener la velocidad de referencia pese
a las cargas de torques variables).
Al incrementarse el valor de la ganancia integral se aumenta la
ganancia de baja frecuencia y la rigidez de la unidad; una ganancia
integral excesiva va a producir sobremodulación ante mandos de
velocidad transitorios y puede resultar en oscilaciones. El ajuste típico
es de 1 a 4Hz.
Para sintonizar manualmente el control de velocidad proceder de la
siguiente manera, observando con osciloscopio la señal de la variable
medida:
1. La ganancia integral debe estar al mínimo (Se define “0” como sin
ganancia integral y “10” como máxima ganancia integral).
2. La ganancia diferencial al mínimo.
3. Ajuste el parámetro (kp) hasta lograr una respuesta adecuada a los
mandos escalonados del valor de referencia.
4. Aumente (k¡) para incrementar la rigidez de la unidad.
Es conveniente monitorear la respuesta escalonada de la
realimentación usando un osciloscopio de almacenamiento. Las figuras
siguientes ilustran como se verá en un osciloscopio la respuesta de la
realimentación bajo diversos ajustes de las ganancias. Estas formas de
onda muestran la respuesta durante un mando del punto de ajuste
escalonado desde cero hasta 4/5 de la escala completa.
La figura 2-28 muestra la respuesta de un bucle de tasa proporcional
cuando la ganancia integral esta definida en 0 Hz. El valor de la
ganancia proporcional es, sin embargo, demasiado bajo.
La figura 2-29 es un ejemplo de una ganancia proporcional excesiva:
note las oscilaciones transitorias en la respuesta de la realimentación
del proceso.
La figura 2-30 muestra la respuesta óptima para este sistema en
particular (Ganancia proporcional del proceso= 100, y ganancia
integral= 2,00 Hz).
En la figura 2-31 la ganancia integral fue puesta demasiado alta (2,00
Hz) para el valor de la ganancia proporcional (10). Como resultado, hay
oscilaciones transitorias y sobremodulación excesiva. Por lo tanto
deberá aumentarse la ganancia proporcional del proceso o reducirse la
ganancia integral del proceso.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/197-sintonizacion-pid-en-variadores-de-velocidad.html#sthash.fy0uvQ6H.dpuf
Métodos de control de velocidad en motores ACPublicado por José Carlos VillajulcaJueves, 11 Marzo 2010 00:27
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Las características del motor de inducción AC se estudiaron anteriormente, en la cual se llegó a la conclusión que debido a la construcción del motor, es imposible controlar independientemente las corrientes que producen el torque y flujo magnético (ver ecuación 1-7).
Por lo tanto, las prestaciones de control del motor de inducción AC eran
muy pobres comparados con el logrado por el motor DC.
Gracias al desarrollo de nuevos tipos de dispositivos de control de
potencia, tal como el Transistor Bipolar de Compuerta Aislada (IGBT) y
las cada vez más potentes herramientas de cálculo usadas con los
microcontroladores, en la actualidad tenemos variadores de velocidad
que logran prestaciones de control iguales al de los motores. A
continuación veremos algunos de los métodos que inicialmente se
trataron de usar para conseguir mejores prestaciones del motor AC.
Observaran que los resultados son muy pobres razón por las cuales no
tienen mucha aplicación.
Luego tendremos una breve explicación de los modernos conceptos que
se aplican para conseguir ciertas prestaciones de acuerdo con el tipo de
proceso a controlar.
CONTROL POR VARIACIÓN DE VOLTAJE
La figura 3-1 muestra como resultado la característica torque vs
velocidad de un motor de inducción cuando la tensión aplicada a su
armadura es variable, manteniendo la frecuencia constante.
De esta figura queda claro que cuando la tensión de alimentación
disminuye, el torque también disminuye, lo cual no es aceptable si se
desea controlar velocidad del motor. De la ecuación (1-7) se observa
que tanto IM como I2 , son directamente proporcionales a la tensión de
alimentación. Como en este tipo de control el torque varía
aproximadamente con el cuadrado de la tensión de armadura, para
V<Vnom. Entonces para V> Vnom puede ocurrir saturación del núcleo
magnético.
En general el control de tensión de la alimentación no es recomendado
para aplicaciones prácticas.
CONTROL POR VARIACIÓN DE FRECUENCIA.
La figura 3-2 muestra la característica torque vs. velocidad de un motor
de inducción para varias frecuencias de alimentación y tensión
constante.
El aumento en la frecuencia de alimentación, asumiendo tensión
constante, hace que la corriente de magnetización IM disminuya en
proporción inversa, haciendo disminuir el torque generado.
Por otro lado, una disminución de la frecuencia no hace aumentar
mucho el torque, luego que IM aumenta demasiado y entra en la región
de saturación.
El control de frecuencia de alimentación sólo tiene aplicación práctica,
cuando se desea operar con el campo atenuado y encima de la
velocidad base (nominal).
CONTROL VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ROTOR.
La figura 3-3 muestra la característica torque vs. velocidad de un motor
de inducción, para varias resistencias de rotor.
Observe en esta figura que el valor máximo del torque se mantiene en
el rango de r2n < r2 < r2c (r2n:resistencia nominal y r2c : resistencia
crítica). En realidad r2 podría ser menor que r2n , sin embargo en este
caso puede ocurrir sobre corriente excesiva para el arranque de la
máquina.
Por las características mostradas en la figura 3-3 se puede notar que
este tipo de control puede tener aplicaciones prácticas. El problema es
que para tener acceso al rotor y poder variar la resistencia r2 , es
necesario que el mismo sea del tipo bobinado y existan anillos
deslizantes lo cual lo hace de mayor tamaño, costoso y de
mantenimiento excesivo.
CONTROL DE VELOCIDAD TIPO V/F CONSTANTE.
De los tres métodos de control vistos, solamente el último es viable
cuando se desea torque máximo en todo el rango de variación de
velocidad. Sin embargo para motores con rotor del tipo jaula de ardilla
este control no puede ser aplicado.
Comparando la expresión del torque dado en la ecuación (1-7) con la
del motor DC (ecuación 1-3) notamos que IM corresponde a la corriente
Ip (campo), mientras que I2 corresponde a la corriente de armadura Ia.
Por otro lado, se tiene que:
o en el caso de los valores nominales
donde se tiene que:
es una relación, cuyo valor debe ser igual al flujo magnético máximo en
la máquina, multiplicado por una constante.
Para tener el control del torque constante la tensión y la frecuencia
deben ser variables, justo lo necesario para que flujo magnético sea
controlado y mantenido a su valor máximo. Esto puede ser conseguido
si la tensión y frecuencia varían de tal forma que:
Haciendo este tipo de control, las características torque vs. velocidad
de un motor de inducción queda como se muestra en la figura 3-4. Con
esto, por lo menos para el régimen permanente, el motor de inducción
pasa a tener características de operación similar al de un motor DC.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/198-m%C3%A9todos-de-control-de-velocidad-en-motores-ac.html#sthash.WindV4gS.dpuf
Tipos de variadores de velocidad en motores ACPublicado por José Carlos VillajulcaSábado, 13 Marzo 2010 00:44
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Para propósitos generales, los controladores de variadores AC de frecuencia ajustable son fabricados en tres tipos: Voltaje de Entrada Variable (VVI), Entrada de Fuente de Corriente (CSI) y Modulación por Ancho de
Pulso (PWM). Cada uno tiene ventajas características especificas.
Voltaje de Entrada Variable (VVI).-
Aunque este diseño fue común en la década de los 70s y comienzos de
los 80s, es hoy en día limitado para aplicaciones especiales tal como
variadores que desarrollan alta velocidad (400 a 3 000 Hz).
El diseño VVI, recibe voltaje AC de la planta, lo rectifica y controla,
desarrollando un voltaje DC variable hacia el amplificador de potencia
(etapa inversora). El amplificador de potencia invierte el voltaje DC
variable a frecuencia variable y voltaje variable AC. Esto puede ser
realizado por transistores de potencia o SCRs.
La salida de voltaje desde una unidad VVI es frecuentemente llamada
“onda de seis pulsos”. El VVI fue uno de los primeros variadores AC de
estado sólido que tuvo aceptación general. Ver figura 3-5.
Inversor Fuente de Corriente (CSI).-
Se usa en variadores con potencias mayores a 50HP. Las unidades CSI
se encuentran bien situadas para el manejo de bombas y ventiladores
como una alternativa de ahorro de energía para el control de flujo.
Capaces de trabajar con eficiencias cercanas a los variadores DC, el
diseño CSI ofrece economía sobre las unidades VVI y PWM para
aplicaciones en bombas, ventiladores y similares. El CSI ofrece
capacidad de regeneración. Con una sobre carga, el controlador
alimenta energía de retorno al sistema AC. Ver figura 3-5.
Modulación por Ancho de Pulso (PWM).-
Muchas unidades PWM (frecuentemente llamadas “variadores V/Hz”)
ofrecen operación a cero velocidad. Algunos proporcionan rango de
frecuencias cercanos a 200:1. Este amplio rango es posible pues el
controlador convierte voltaje de entrada AC a un voltaje DC fijo por
medio del rectificador de potencia.
Luego de este amplificador, el voltaje DC es modulado por medio de un
inversor para producir pulsos de diversos anchos, para variar el voltaje
efectivo. A pesar que el voltaje es modulado, la forma de onda de la
corriente es cercana a una onda senoidal, mucho mejor que cualquier
otro sistema. Las unidades PWM usan transistores de potencia IGBT’s.
Observando las formas de onda de corriente de la figura 3-5, deducimos
que el variador tipo PWM es el que proporciona mejor calidad de
corriente al motor AC, logrando que trabaje con mejor eficiencia y
produciendo un control de torque más fino. Son por lo tanto los más
usados en la actualidad
La onda de voltaje producida por el variador tipo PWM se denomina
“Seno PWM” y es producto del trabajo a gran velocidad (llegando hasta
20 kHz) de los transistores IGBT, los cuales son comandados por medio
de un sofisticado circuito de control micro computarizado.- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/199-tipos-de-variadores-de-velocidad-en-motores-ac.html#sthash.sErlNcuI.dpuf
Etapa de potencia en variadores de velocidad de motor ACPublicado por José Carlos VillajulcaJueves, 18 Marzo 2010 04:30
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EL TRANSISTOR IGBT
Los transistores bipolares de compuerta aislada comúnmente llamados IGBT’s son el resultado de muchas investigaciones desarrolladas por los fabricantes de componentes electrónicos, con el objetivo de conseguir un dispositivo de gran velocidad de conmutación, mínimo consumo de corriente de control y gran capacidad de soporte a voltajes y corrientes elevados. El símbolo del IGBT según norma alemana se muestra en la figura 3-6.
Observe que los terminales Colector-Emisor normalmente vienen con
un diodo “Damper” instalado en dicha posición para protección contra
cargas inductivas.
Para activar un IGBT (turn on), se debe aplicar voltaje de un valor
determinado a sus terminales de control Gate-Emisor. El consumo de
corriente de dicho terminal de control es prácticamente cero; por lo
tanto se dice que el IGBT no consume corriente. Esto evita los retardos
de tiempo asociados con dispositivos que consumen corriente de
control tal como los transistores bipolares BJT.
Un transistor IGBT responde rápidamente a los cambios de señal
(menores a 1 us), reduciendo los niveles audibles en el motor AC
mientras se esta controlando el torque y la velocidad. Y, su gran
frecuencia de conmutación (frecuencia portadora) provee un control de
corriente de gran respuesta dinámica. También, las pérdidas en un
IGBT son muy pequeñas como resultado de disponerse en encapsulados
compactos dentro del variador. Las medidas correctas del transistor
IGBT mediante un multímetro digital en escala de diodos (Transistor
IGBT con diodo Damper) se muestra en la figura 3-7. El valor “OL” de la
tabla (3-1) representa máxima escala.
EL INVERSOR PUENTE TRIFÁSICO
La figura 3-8 nos muestra el circuito que puede cumplir con los
requisitos solicitados por la ecuación (3-4). Por lo tanto el motor AC
puede ser controlado a velocidades diferentes a su valor nominal y aún
conservar las características nominales de su torque.
La única forma de poder conseguir una onda de voltaje que cumpla con
el requisito de cambiar proporcionalmente su voltaje y frecuencia al
mismo tiempo, es por medio de un circuito Inversor.
En la figura 3-8 se muestran las partes que conforman la etapa de
potencia de todo tipo de variador de velocidad de motor AC en la
actualidad.
La alimentación de entrada es VAC monofásico o trifásico dependiendo
de la potencia del motor AC a controlar. Dicho voltaje AC es rectificado
por medio de un puente de diodos.
Luego tenemos la etapa de filtrado compuesta de filtro de corriente
(bobina) y filtro de voltaje (capacitor), con el objetivo de disponer de
una barra de voltaje DC lo más continua posible (bornes +DC/-DC).
Dicha barra DC es la entrada al circuito inversor, el cual por medio del
trabajo conmutado de los IGBT la convierte en un voltaje de salida
(bornes U, V, W) denominada “Seno-PWM”, que cumple con el requisito
de mantener la relación V/f a proporción constante.
VOLTAJE SENO-PWM
La figura 3-9 muestra en forma detallada la onda “Seno-PWM” de salida
del inversor trifásico en puente. La amplitud (Vd) de dicha onda es igual
a la barra de voltaje DC (bornes +DC/-DC de entrada al circuito
inversor).
El motor recibe dicha onda de voltaje por los bornes de salida U,V,W y
la filtra obteniendo corrientes (IU, IV. IW) casi senoidales. El promedio
de voltaje eficaz “V” depende del ancho de los pulsos y la frecuencia
efectiva “f” vista por el motor es 1/T. La velocidad de conmutación de
los transistores IGBT es 1/t denominada “frecuencia portadora”.
El resultado es que el motor recibe la relación “V/f” proporcional a sus
valores nominales, consiguiendo que desarrolle su trabajo aún a
velocidades menores que lo normal y sin pérdida de torque.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/200-etapa-de-potencia-en-variadores-de-velocidad-de-motor-ac.html#sthash.JiUguTRr.dpuf
Etapa de control en variadores de velocidad de motores ACPublicado por José Carlos VillajulcaSábado, 20 Marzo 2010 02:52
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Si examinamos con detenimiento el modelo matemático del motor de inducción mostrado en la figura 20 de la de
los artículos anteriores, se puede notar que los circuitos de flujo y torque no están separados.
En los terminales del motor AC se tienen tres cables que transportan el
vector suma de las.corrientes que producen flujo y torque. Esta es la
razón por la cual el control vectorial de un motor AC es más dificultoso
que el correspondiente a un motor DC.
El reto para el control del variador de Velocidad de motor AC es
distinguir ambas corrientes sin el beneficio de circuitos separados.
La figura 3-10 nos muestra el problema. La corriente del estator I1 es el
vector suma de las corrientes que producen flujo y torque. El ángulo
entre IM e I2 cambia constantemente bajo diversas condiciones. La
corriente del estator debe entonces ser variada con el fin de producir la
corriente de torque requerida, mientras la corriente de magnetización
debe ser mantenida.
Desde que se tienen diversas variables envueltas en el cálculo de las
corrientes, habrá entonces muchos modos de diseñar el control del
variador. Estos incluyen esquemas directos e indirectos. Los esquemas
directos miden eléctricamente el ángulo del flujo del rotor. El control
indirecto de campo-orientado usa realimentación de velocidad o
posición del motor y consideraciones de deslizamiento para suministrar
comandos instantáneos de torque y flujo.
El circuito PWM de potencia es comúnmente usado con tres tipos
básicos de reguladores. Son estos reguladores los que determinan las
capacidades del variador, incluyendo la respuesta, regulación de
velocidad debido a cambios transitorios de carga y capacidad del
torque a baja velocidad.
- REGULADOR V/F.-
La configuración mas común y de menor costo, es usado en
aplicaciones con o sin realimentación de velocidad. Este diseño ofrece
generalmente los ajustes básicos de un variador, incluyendo ajuste de
velocidad, límite de torque, V/Hz, peldaño de voltaje a bajas
velocidades, mínima y máxima velocidad, tasas de aceleración y
deceleración y otros ajustes similares, que reúnen los requerimientos
para la mayoría de aplicaciones.
El control V/f en su forma mas simple lleva un comando de referencia
de velocidad desde una fuente externa y varía el voltaje y frecuencia
aplicado al motor.
Debido a que mantiene una relación constante de V/f, el variador puede
controlar la velocidad del motor conectado. No es capaz de regular el
torque. En la figura 3-11 se muestra el diagrama de bloques del
regulador V/f.
Típicamente, un bloque limitador de corriente supervisa la corriente del
motor y altera el comando de frecuencia cuando el motor excede el
valor de corriente predeterminada. El variador sólo trabaja con la
corriente total del motor y no puede distinguir los límites de capacidad
de IM de I2. El pico de torque máximo es de 150%.
El bloque “compensación de deslizamiento” altera la referencia de
frecuencia cuando la carga cambia para mantener la velocidad actual
del motor cerca de la velocidad deseada.
Mientras este tipo de control es suficiente para muchas aplicaciones, no
lo es tanto cuando se tienen aplicaciones que requieren gran rapidez de
respuestas dinámicas, tal como cuando el motor debe trabajar a muy
bajas velocidades o aplicaciones que requieren control directo del
torque del motor en vez de frecuencia del motor.
- REGULADOR VECTOR BÁSICO
Introducido a mediados de los 80s, este regulador fue un avance
significativo sobre el diseño V/Hz. Cada unidad usa un método de
aproximación para controlar el ángulo del flujo del rotor-estator para
optimizar la operación del motor. Algunos variadores vector tenían la
expectativa de tener regulación de velocidad en lazo abierto
equivalente a un variador de velocidad DC con realimentación. Muchas
unidades no se acercaron a estas expectativas. A pesar de esto el
Vector Básico ofrece mejores rendimientos.
- REGULADOR SENSORLESS VECTOR
Más recientemente, a mediados de los 90s, fueron introducidos muchos
reguladores Vector mejorados. Estos tenían los recientes avances en
microprocesadores y DSPs que enriquecieron significativamente las
operaciones del variador, incluyendo la capacidad de regulación de
respuesta y posición. Una razón para que las capacidades del Vector
funcionaran mucho mejor es la habilidad de “ver” la EMF (fuerza
contra-electromotriz) producida por el motor, entonces la circuitería
ajusta el arranque de cada tren de pulsos PWM y la duración específica
de cada pulso.
Los variadores Vector se usan en prensas de impresión de alta
velocidad, imprentas, bobinadoras y otros sistemas de maquinarias de
trabajo coordinado. Los variadores Vector también se usan en sistemas
de servo posicionamiento, como en las maquinas ovilladoras. Algunos
pueden acelerar desde reposo a velocidad máxima en tiempos de 1 a
200 ms.
Con todos estos tipos de variadores, una señal de realimentación de
velocidad o posición mejora el trabajo del variador. En la figura 3-12 se
muestra el tipo de regulador indicado, en donde se ha optado por tomar
la señal de velocidad del motor mediante una dínamo-tacométrica en
vez de estimarla con un observador. En cambio el torque generado y la
intensidad magnetizante se obtienen del correspondiente observador.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/201-etapa-de-control-en-variadores-de-velocidad-de-motores-ac.html#sthash.14kUR5cH.dpuf
Criterio para la puesta en marcha de variadores de velocidad en motores ACPublicado por José Carlos VillajulcaMiércoles, 24 Marzo 2010 19:54
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- COMPROBACIÓN ESTADO ETAPA DE POTENCIA
Los variadores de velocidad de motor AC tienen en general la bornera de potencia tal como se indica en la figura 3-13.
El primer borne (GND) contado a partir de la izquierda es la “tierra” de
la línea de entrada. Los bornes etiquetados como L1 (R), L2 (S) y L3 (T)
son los que reciben a la fuente de alimentación VAC de la instalación. El
borne +DB, es opcional y sirve para colocar una resistencia externa
(proporcionada por el fabricante) que permita el modo de frenado
dinámico (Dynamic Brake: DB) del motor. Los bornes U, V, W son la
salida trifásica del variador, las que deben conectarse al motor de
inducción AC a controlar. Y por último, el borne GND del extremo
derecho debe conectarse a la masa del motor. El borne -DC
normalmente se encuentra en un lugar cercano a la bornera.
Para efectuar las pruebas de la etapa de potencia, el equipo variador
debe estar plenamente desconectado de la alimentación VAC por un
tiempo de 3 minutos como mínimo para permitir la descarga del banco
de condensadores.
Luego de ubicados las borneras de potencia, con ayuda de la figura 3-8
y un voltímetro digital, procedemos a probar los diodos de la etapa
rectificadora. Se recomienda usar escala de diodos del multímetro. Los
bornes que intervienen en dicha prueba son: L1, L2, L3, +DB y –DB.
Verifique el resultado según la tabla 3-2.
Observe que las otras posibles combinaciones de medida deben dar
como resultado la máxima escala “OL” del multímetro.
Para probar el estado del Inversor basta con escoger las borneras U, V,
W, +DB y –DB; en donde sólo encontraremos lectura de diodos (los
diodos Damper de protección), pues los IGBT’s miden máxima escala.
Consultar la tabla 3-3 para comprobar el resultado de su medida.
Las otras posibles combinaciones de medida deben dar como resultado
la máxima escala “OL” del multímetro.
La prueba del banco de condensadores se realiza con el multímetro en
escala de ohmios observando que el valor de ohmios deba ir
aumentando desde un valor mínimo hasta abrirse finalmente.
Algunos fabricantes dan como información el tiempo de vida de los
condensadores. Como por ejemplo el fabricante de variadores marca:
MITSUBISHI, informa que sus bancos de condensadores deben ser
reemplazados luego de 5 años de uso continuado.
Lo recomendable es leer el manual del fabricante para saber cuantos
años de vida útil le da al banco de condensadores antes de proceder a
su reemplazo.
Si los resultados de todas las medidas realizadas son satisfactorias, es
decir lectura de los 12 diodos que se encuentran en el rectificador e
inversor, se procede con el paso siguiente.
- COMPROBACIÓN ESTADO ETAPA DE CONTROL
Para proceder a efectuar las pruebas de la etapa de control, se debe
haber leído y comprendido la información proporcionada por el
fabricante.
Los variadores de velocidad de motor AC tienen un panel de
programación que sirve además para poder visualizar el parámetro a
ajustar.
En la figura 3-14 se muestra como ejemplo el panel de programación
proporcionado por el fabricante SIEMENS para su variador modelo:
MICROMASTER VECTOR
La disposición de cada uno de los bornes correspondientes a la etapa de
control se muestra en la figura 3-14.
(Haga Click en la imagen para agrandarla)
De la figura anterior observamos que la bornera de control es una
regleta de 26 bornes, de las cuales el fabricante nos da indicaciones de
los pasos a seguir para efectuar las pruebas de funcionamiento.
Como ejemplo para el caso del MICROMASTER, el fabricante nos dice
que para las pruebas iniciales debemos:
1.- Comprobar si todos los cables se han conectado correctamente y si
se han cumplido todas las precauciones de seguridad relativas al
equipo.
2.- Aplicar alimentación de la red al convertidor.
3.- Asegurar que el arranque del motor puede realizarse en forma
segura. Pulse el botón de MARCHA del variador. La visualización
pasará a ser 5,0 Hz y el eje del motor comenzará a girar. El tiempo de
aceleración a 5 Hz será de 1 segundo. Obviamente dichos valores de
parámetros han sido programados en fábrica (“valores por defecto”) y
nosotros podemos cambiarlos luego de asegurarnos que el equipo se
encuentra operativo y así adaptarlo a nuestros requerimientos.
4.- Comprobar que el motor gira en la dirección correcta. Pulse el botón
de sentido DIRECTO/ INVERSO en caso sea necesario.
5.- Pulsar el botón de PARADA. La visualización pasará a ser 0,0 y el
motor comenzara a desacelerar hasta detenerse totalmente en 1
segundo.
Como se ha podido apreciar es muy importante que se tengan a la mano
los manuales respectivos.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/203-criterio-para-la-puesta-en-marcha-de-variadores-de-velocidad-en-motores-ac.html#sthash.5NTGvcrg.dpuf
Instalación y puesta en marcha de variadores de velocidad AC MICROMASTER-ALLEN BRADLEYPublicado por José Carlos VillajulcaLunes, 29 Marzo 2010 00:42
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INSTALACIÓN DEL VARIADOR
Para realizar la instalación del variador se deben seguir estrictamente las recomendaciones dadas por el fabricante en el Manual de Instalación respectivo. Cómo ejemplo tenemos la información que proporciona el fabricante del equipo MICROMASTER VECTOR. Ver figura 3-15.
La figura 3-16 corresponde a información sobre instalación de un
equipo variador de velocidad correspondiente al fabricante Allen-
Bradley, modelo AB-1305.
proceder al cableado del variador se tiene la figura 3-16 que
corresponde al variador MICROMASTER.
PUESTA EN MARCHA
Para la puesta en marcha vamos a tomar como ejemplo a dos
principales fabricantes de variadores, con los que efectuaremos una
comparación de sus principales parámetros. Tales fabricantes son:
SIEMENS con su variador modelo: MICROMASTER VECTOR; y ALLEN-
BRADLEY con su variador modelo: AB1305
Parámetro Principales.-
Análisis de algunos parámetros.-
1. Boost Voltaje.- En la figura 3-11, cuando se alimenta al motor con
V/f constante, se observa que existe pérdida de torque a bajas
velocidades '(frecuencias menores a 15 Hz). Para superar dicho
problema se aplica un adicional de voltaje a la relación V/f logrando
aumentar la curva de torque correspondiente a dicha región de baja
velocidad. Tal técnica se conoce con el nombre de “Peldaño de Voltaje”
o dicho en inglés como “Boost Voltaje”.
A continuación, en la figura 3-17 se muestra el parámetro “Boost
Voltaje” en el equipo Allen-Bradley 1305
Se observa que el parámetro “Boost Voltaje” es ajustable según los
requerimientos de la carga y sólo tiene preponderancia para bajas
velocidades.
2. Slip Compensation.- En la figura 3-11, se observa que existe un
bloque de cálculo de deslizamiento (“slip” en inglés), cuya salida se
adiciona al valor de referencia de frecuencia. Esto es así porque no se
tiene realimentación de velocidad y se sabe que el rotor del motor
pierde velocidad conforme la carga se incrementa. Por lo tanto, existe
una relación proporcional entre deslizamiento y carga. A mayor carga,
mayor deslizamiento y por consiguiente la velocidad del motor
disminuye ligeramente respecto de su valor anterior. Lo cual se
manifiesta en el variador como si el motor no respondiese al comando
de velocidad dado por teclado.
En el variador AB1305, se tienen los parámetros “Deslizamiento
Nominal” (Rated Slip) y “Compensación Adicional de Aislamiento”
(Slip comp. Adder), los que se encargarán de evitar dicha pérdida de
velocidad. En el variador MICROMASTER, se tiene el parámetro
“Compensación de deslizamiento” que se encarga del problema
estudiado.
3. PWM Frequency.- es la “Frecuencia de Modulación” o “Frecuencia
de Portadora” y su valor por defecto es de 4 kHz. Este parámetro ajusta
la frecuencia de trabajo de los transistores IGBT. La finalidad de ajustar
dicho parámetro es:
• Trabajo silencioso, entonces se ajusta dicho parámetro a un valor
mayor.
• Mayor distancia entre el motor y el variador, entonces el valor de
dicho parámetro debe ser disminuido.
Las consecuencias que tenemos al incrementar la frecuencia de la
portadora es:
• Incremento de pérdidas en el convertidor, ante lo cual debe aplicarse
reducción de potencia en el variador según lo indicado en la figura 3-
18.
• Incremento de emisiones de interferencia radioeléctrica (RFI).
4. Skip Freq.- Denominada “Frecuencia inhibida” en el
variador MICROMASTER y “Salto de frecuencia“ en el AB1305.
• Su función es evitar los efectos de resonancia mecánica del sistema
para determinadas frecuencias de trabajo del variador.
• Se suprimen las frecuencias que entregará el variador al motor,
comprendidas dentro del parámetro indicado. Por lo tanto no será
posible el funcionamiento estacionario dentro de la gama de
frecuencias suprimidas.
• Dicho parámetro trabaja conjuntamente con otro que le proporcionará
el ancho de la banda de frecuencia prohibida.
• Se tiene posibilidad de prohibir hasta tres bandas de frecuencia.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/204-instalaci%C3%B3n-y-puesta-en-marcha-de-variadores-de-velocidad-ac-micromaster-allen-bradley.html#sthash.fwkTdmtP.dpuf
Consideraciones a tener en cuenta en la instalación eficiente de variadores de velocidad (1ra Parte)Publicado por José Carlos VillajulcaMiércoles, 07 Abril 2010 03:53
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Los fabricantes de equipos variadores de Velocidad y motores AC son los más indicados para dar las pautas sobre los métodos de instalación a usar con sus equipos. Es por esto que tiene una importancia fundamental el usar los manuales de instalación y mantenimiento proporcionados por dichos proveedores.
1. Impedancia de Línea
Los fabricantes de los equipos variadores de velocidad son muy
exigentes en cuanto a la calidad de energía de alimentación que
recibirán sus equipos.
La impedancia de línea es uno de los parámetros que proporciona
información sobre la calidad de toda fuente de alimentación.
La impedancia de entrada de las líneas de energía eléctrica puede
determinarse de dos maneras:
a). Mida el voltaje entre fases (línea a línea) en el motor sin carga (en
vacío) y con plena carga nominal. Utilice estos valores medidos para
calcular la impedancia como sigue:
b). Calcule la capacidad de corriente de cortocircuito de la línea de
energía eléctrica. Si tal capacidad excede los valores publicados de
corriente de cortocircuito máxima para el control, deberá instalarse un
reactor de línea. A continuación se proporcionan dos métodos para
calcular la capacidad de corriente de cortocircuito:
Método 1
Calcula la corriente de corto circuito:
Ejemplo: Transformador de 50KVA con 2,75% impedancia @ 460VCA
Método 2
Paso 1: Calcular KVA de corto-circuito:
Paso 2: Calcular corto-circuito de corriente:
2. Selección del Motor
El rendimiento del motor se ve afectada por el variador que va a ser
usado como su fuente de alimentación. Por lo tanto, es importante
seleccionar juntos el variador y motor. El rendimiento del motor se basa
en la capacidad del variador a ser usado y la capacidad del variador se
basa en la corriente que consume el motor.
Analice el perfil de la máquina y el proceso. Determine dónde ocurren
los mayores requerimientos de torque. La magnitud de dicho torque,
será usado para definir el mínimo tamaño de motor requerido. Ver
figura 4-1, donde se muestra la relación que existe entre la potencia y
torque de un conjunto de motores AC vs. la frecuencia de la onda de
control.
Se observa que para frecuencia mayores a 60 Hz, los motores pierden
torque. También para frecuencias menores a 7 Hz el fabricante del
motor no ha especificado si el torque se mantiene, siendo más probable
que su valor tenga un decaimiento.
Al final de la presente unidad en la sección ejemplos, se tiene una
aplicación práctica para determinar el tamaño del variador y motor en
una aplicación sobre faja transportadora (conveyor).
3. Consideraciones Térmicas
Tanto las máquinas eléctricas como los variadores de velocidad son
equipos que controlan gran cantidad de energía y por lo tanto deben
estar lo suficientemente protegidos contra excesos de temperatura. Por
ejemplo, se da por descontado el uso de sistemas de ventilación forzada
tanto para el motor como para el variador, así también la ubicación de
la instalación debe estar en un lugar fresco y seco.
Como medida de seguridad se recomienda instalar un mecanismo que
impida el funcionamiento del variador si es que el sistema de
ventilación forzada ha detenido su trabajo.
En la actualidad los motores que trabajan con variadores tienen una
protección térmica entre sus bobinados, el cual es un termostato con
sus contactos normalmente cerrados.
Los cables del termostato reciben el nombre de P1 y P2. Normalmente
dichos cables se instalan en la bornera de control que corresponde al
“Reset” del variador. Cuando existe una condición de sobrecarga o
sobre-temperatura, el termostato abre sus contactos, lo que obligará al
variador a detener su funcionamiento.
De igual forma los variadores tienen un termostato ubicado en contacto
con su disipador de calor, el cual cuando detecta sobre-temperatura
inhibirá su funcionamiento.
4. Consideraciones sobre el cableado
El control CC está auto-protegido contra los transitorios y los impulsos
de sobre-tensión normales de la línea de CA. Quizás se requiera
protección externa adicional si hay transitorios de alta energía
presentes en la fuente de alimentación de potencia entrante. Estos
transitorios pueden ser causados por compartir una fuente de
alimentación con equipos de soldadura por arco, por el arranque
directo (a través de la línea) de motores grandes o por otros equipos
industriales que requieran sobre-corrientes transitorias elevadas.
Para evitar los daños ocasionados por perturbaciones en la fuente de
potencia, deberá considerarse lo siguiente:
a) Conecte el control a una línea alimentadora separada de las
que abastecen grandes cargas inductivas.
b) Alimente potencia al control a través de un transformador de
aislamiento dimensionado correctamente. Al usar un transformador de
aislamiento para alimentar el control, deberá siempre desconectarse y
conectarse (conmutar en “off” y “on”) la potencia entre el
secundario del transformador y la entrada del control para evitar
que se produzcan impulsos (puntas) en el control al quitarse la
potencia del lado primario.
Todo el cableado de señales externo al control CC deberá instalarse en
un conducto separado del resto del cableado. Se recomienda
usar cables blindados (apantallados) de
pares retorcidos (trenzados) para todo el cableado de señales. La
pantalla del cableado del control deberá conectarse únicamente a tierra
analógica del control CC. El otro extremo de la pantalla deberá
asegurarse con cinta adhesiva a la chaqueta del cable para evitar que
se produzcan cortocircuitos eléctricos.
Los cables del campo e inducido del motor pueden instalarse juntos en
mismo un conducto, cumpliendo con NEC y con los códigos y
procedimientos eléctricos locales.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/206-consideraciones-a-tener-en-cuenta-en-la-instalaci%C3%B3n-eficiente-de-variadores-de-velocidad-1ra-parte.html#sthash.CmUFi2bD.dpuf
Consideraciones a tener en cuenta en la instalación eficiente de variadores de velocidad (2da Parte)Publicado por José Carlos VillajulcaViernes, 09 Abril 2010 03:43
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4. Consideraciones sobre el cableado
El control CC está auto-protegido contra los transitorios y los impulsos de sobre-tensión normales de la línea de CA. Quizás se requiera protección externa adicional si hay transitorios de alta energía presentes en la fuente de alimentación de potencia entrante.
Estos transitorios pueden ser causados por compartir una fuente de
alimentación con equipos de soldadura por arco, por el arranque
directo (a través de la línea) de motores grandes o por otros equipos
industriales que requieran sobre-corrientes transitorias elevadas.
Para evitar los daños ocasionados por perturbaciones en la fuente de
potencia, deberá considerarse lo siguiente:
a) Conecte el control a una línea alimentadora separada de las
que abastecen grandes cargas inductivas.
b) Alimente potencia al control a través de un transformador de
aislamiento dimensionado correctamente. Al usar un transformador de
aislamiento para alimentar el control, deberá siempre desconectarse y
conectarse (conmutar en “off” y “on”) la potencia entre el secundario
del transformador y la entrada del control para evitar que se
produzcan impulsos (puntas) en el control al quitarse la potencia del
lado
primario.
Todo el cableado de señales externo al control CC deberá instalarse en
un conducto separado del resto del cableado. Se recomienda usar
cables blindados (apantallados) de pares retorcidos (trenzados) para
todo el cableado de señales. La pantalla del cableado del control deberá
conectarse únicamente a tierra analógica del control CC. El otro
extremo de la pantalla deberá asegurarse con cinta adhesiva a la
chaqueta del cable para evitar que se produzcan cortocircuitos
eléctricos.
Los cables del campo e inducido del motor pueden instalarse juntos en
mismo un conducto, cumpliendo con NEC y con los códigos y
procedimientos eléctricos locales.
5.-Efecto de los transistores IGBT
La introducción de los IGBTs en los variadores de frecuencia a
incrementado la preocupación del impacto de dichos semiconductores
en la vida del motor, sobre todo en lo concerniente a su aislamiento.
Cualesquiera dos cables tienen algo de capacitancia e inductancia.
Cuando la corriente fluye a través del cable, se produce un campo
magnético cerca a los conductores y cuando la corriente cambia, el
cambio en el campo magnético produce una fuerza contra electromotriz
de retorno en el cable.
La capacitancia e inductancia son proporcionales a la longitud del
cable.
Siendo Z la impedancia característica de la línea (Z*(alfa)*raiz(L/C) ),y
siendo R la resistencia de la carga, a menos que R y Z sean iguales,
habrá una onda reflejada en la línea y algo de la potencia incidente en R
será reflejada de retorno hacia la fuente. La magnitud resultante de la
onda reflejada puede ser dos veces la amplitud del voltaje pico. En un
variador de frecuencia, la magnitud del voltaje pico es igual al voltaje
del bus DC.
La velocidad de la onda reflejada, es también dependiente de la
impedancia del cable. La velocidad de cambio dv/dt de la fuente de
voltaje, es usada para determinar a que distancia de la fuente la onda
reflejada será completamente desarrollada. Ver figura 4-2.
Las inquietudes que algunos expresan sobre el uso de inversores con
IGBTs son:
a) El IGBT tiene características de conmutación dv/dt (menor tiempo de
encendido), mayores que los dispositivos bipolares estándar,
incrementando la velocidad de la onda reflejada.
b) La mayor velocidad de conmutación permite mayores frecuencias de
portadora el cual incrementa la capacitancia del cable.
c) Ambos implican una menor distancia al cual la onda reflejada tiene
su máxima amplitud y, por lo tanto, una menor longitud de cable para
inversores basados en IGBTs. El resultado es que un voltaje doble al
bus DC puede ser aplicado a través de los bobinados del motor,
causando falla prematura.
d) Asumiendo que, en una instalación típica, las impedancias del motor
y el cable no son iguales, entonces ocurrirá un voltaje reflejado. Luego,
siempre habrá voltaje reflejado así se usen inversores con IGBT, BJT o
GTO.
Los fabricantes de motores que tienen experiencia en la aplicación de
inversores, tienen las siguientes consideraciones:
1.- Las fallas en los motores o la disminución de la expectativa de vida
en los motores son asociados con su uso en inversores.
2.- Los requerimientos de aislamiento requeridos para los motores es
dos veces el voltaje nominal más 1 000 voltios. Esto es para protegerlos
contra las ondas reflejadas.
3.- Los motores más pequeños y baratos, tienen menores factores de
seguridad y por lo tanto son más factibles de daño.
Los criterios de diseño para que los motores tengan mayores
expectativas de vida son:
A.-Bobinado.
B.-Aislamiento.
Conclusiones:
1.- No existe indicadores que sostengan que la introducción de
inversores con IGBT han incrementado las fallas en los motores.
2.- Cualquier falla anticipada puede ocurrir con diversos diseños de
inversor incluyendo BJT y GTO.
3.- Se deben usar motores de calidad (los Inverter Duty Motors) para
todas las aplicaciones y limitar la longitud del cable de alimentación
cuando sea posible.
4.- Siempre que sea posible, todos los conductores del motor,
incluyendo el conductor de tierra, debe estar contenida en un
conductor de metal.
6.- Corriente de sobre-carga
Es el nivel (150% del valor nominal) al cual el control automáticamente
reduce la velocidad del motor debido a una condición de sobre-carga
reduciendo voltaje y frecuencia hasta que la condición sea levantada.
La relación entre sobre-carga y el tiempo es una función inversa. Si la
sobre¬carga es continua, el límite es 105% aproximadamente.
En aplicaciones múltiples donde uno o más de los motores arrancan a
través de la línea, el controlador debe ser dimensionado para el peor
caso: condición marcha +arranque, donde se tiene en cuenta la
corriente de rotor bloqueado del motor a ser arrancado. El control debe
ser dimensionado para que no indique falla por límite de corriente.
7. Líneas de baja impedancia
La figura 4-3 muestra un escenario que se puede dar ocasionalmente.
Un equipo variador se encuentra instalado muy cerca del suministro
principal de energía o un banco de corrección de factor de potencia.
Debido a la proximidad, el variador podría experimentar fallas en sus
puentes de diodos pues esta siendo vinculado a la línea de baja
impedancia. Los semiconductores de potencia pueden fallar por el
excesivo di/dt de la corriente.
La característica de trabajo de los variadores les permiten operar en
condiciones normales de alimentación y a cierta distancia de la barra
principal de alimentación y así suministrarse suficiente impedancia
para su operación segura.
Una forma de solución para el problema mostrado en la figura 4-3, es
aumentar la impedancia de línea hacia el variador.
Dicho objetivo se cumple con adicionar un transformador de
aislamiento, tal como se muestra en la figura 4-4.
8. Líneas de alta impedancia
La figura 4-5 presenta un caso contrario al anterior. Aquí la fuente de
alimentación se encuentra alejada o con falsos contactos en sus
empalmes que, al momento de trabajar el equipo se tienen caídas de
voltaje que no sostienen el funcionamiento del variador.
9. Distancia entre variador y motor AC
Los fabricantes especifican la distancia máxima que deben tener el
variador y el motor AC. A veces debido a la aplicación, no es posible
respetar dicha distancia y nos vemos en la necesidad de trabajar a
distancias mayores. ¿Existe solución para el problema en cuestión?. La
respuesta es sí. Los mismos fabricantes nos suministran los dispositivos
necesarios para lograr mayores distancias. Una de las soluciones se
presentan en la figura 4-6.Ad by Notificatoin | Close
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¿Como instalar y configurar un variador de velocidad DC Allen Bradley ?Publicado por José Carlos VillajulcaDomingo, 11 Abril 2010 21:24
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A continuación presentamos algunas informaciones de fabricantes de equipos variadores para motor DC.
VARIADOR DIGITAL DE VELOCIDAD DE MOTOR DC
La presente información es un resumen del manual de instalación y operación del variador de velocidad de motor DC, marca: Allen Bradley, modelo: 1395.
CARACTERÍSTICAS NOMINALES:
Las características del equipo que tenemos en el laboratorio 710
(voltaje de entrada de 460 VAC estándar) son las siguientes: CAT: 1395-
B67-C1-P10-P51-X1, lo cual se detalla;
• 1395 nos indica el número de Boletín Técnico redactado por el
fabricante.
• B67 nos dice que es un variador del tipo regenerativo de 10HP.
• C1 nos informa que el contactor es estándar y soporta hasta 30HP.
• P10 nos dice que incluye una tarjeta adaptadora discreta de 115VAC
en el puerto A.
• P51 nos dice que tiene una tarjeta adaptadora de multi-
comunicación en el puerto B.
• X1 indica que disponemos de contactos auxiliares (1 NA y 1 NC).
DESCRIPCION DEL HARDWARE:
La figura 4-7 nos presenta una visión del hardware asociado al equipo.
Componentes del puente de armadura:
En las figuras 4-8 y 4-9 se observan los componentes usados, los cuales
describimos a continuación.
Reactor de línea AC- Es usado para proteger el puente de potencia
contra cambios bruscos de corriente (di/dt). Si se usa un transformador
de aislamiento de relación unitaria, no se requiere el uso de dicho
reactor. Se tienen fusibles de acción rápida F1, F2 y F3 para proteger a
los semiconductores de potencia.
Sincronización.- La línea trifásica alimenta directamente a la tarjeta
de potencia, la cual es escalada y usada para sincronizar el trabajo de
los semiconductores de potencia.
Realimentación de corriente AC- Los transformadores de corriente
ACT1 y ACT2 se usan para suministrar información de corriente de
realimentación a la tarjeta PSI/Switcher. Dicha tarjeta rectifica y escala
a un voltaje DC que representa a la corriente de realimentación. Luego
esta señal es enviada a la tarjeta principal de control.
Supresores de pico.- Los supresores de pico MOV1 a MOV4 en la
tarjetade potencia protegen al puente de armadura contra picos de
voltaje de la línea.
Encapsulado SCR.- Consiste en dos SCR por módulo.
Transformadores de pulsos.- Instalados en la tarjeta de
potencia suministran los pulsos de disparo aislados al gate de cada
SCR.
Protección contra voltajes transitorios.- Las redes RC instalados en
la tarjeta de potencia protegen a los SCR contra transitorios de voltaje
(dv/dt).
Sensor de corriente DC.- Un sensor de sobre-corriente DC
es suministrado usando el transductor TD1.
Contactor DC.- La salida del puente de armadura se conecta al motor
por medio del contactor principal M1. La bobina es de 115VAC y se
controla por el relay piloto K3 (en la tarjeta PSI/Switcher) por medio de
la bornera TB2-2 y TB2-3.
Conexiones de salida del puente.- Nombrados A1 y A2 se conectan a
la armadura del motor. Si se usa frenado dinámico, se conecta un banco
de resistencias de frenado en los terminales DB1 y DB2.
Vista del funcionamiento.-
La figura 4-10 nos muestra una presentación de la mayoría de bloques
asociados con las funciones de control. Las funciones de control en el
1395 pueden ser ejecutadas a través del uso de parámetros los cuales
son cambiados con el Terminal de Programación. A continuación
tenemos una breve descripción de cada bloque.
Control de comunicación.- Controla todas las transferencias de datos.
El terminal de programación se comunica con el variador por medio de
un enlace de comunicación serial RS-422. Dos puertos de comunicación
A y B están disponibles.
Control lógico del variador.- Controla el estado de operación del
variador en respuesta a la lógica de comando de entrada. La selección
de varios parámetros de referencia (por ejemplo: referencia de
velocidad) y modos de control (por ejm. Droop), son ejecutados en este
bloque. También observa las condiciones de operación presente y
suministra dicha información como realimentación hacia dispositivos
externos de control.
Selección de referencia de velocidad.- Se tienen 05 velocidades
pre¬definidas de referencia almacenadas en los parámetros del
variador. Adicionalmente, una referencia externa de velocidad y uno de
dos entradas Jog pueden ser seleccionadas como la referencia de
velocidad. El bloque de selección de referencia de velocidad usa
información proveniente de la lógica de control del variador para
determinar cual de las referencias serán usadas como la entrada hacia
el control de velocidad. La referencia seleccionada ingresa a una rampa
antes de ser enviada como entrada de referencia de velocidad al
Control de Velocidad.
Selección de realimentación de velocidad.- Se pueden usar uno de
tres medios de realimentación de velocidad. El voltaje de armadura es
observado constantemente por el variador y puede ser usado como
realimentación. El Hardware para comunicar la información de
velocidad con un encoder digital es suministrado como estándar. Si se
usa un tacogenerador DC como realimentación de velocidad, el variador
debe ser equipado con la tarjeta adaptadora discreta conectada al
puerto A.
Control de velocidad.- Compara la velocidad de referencia con la
velocidad de realimentación para determinar el error de velocidad.
Selección de referencia de torque.- El variador 1395 puede operar
como regulador de velocidad o regulador de torque y por lo tanto tiene
la capacidad de aceptar una velocidad de referencia o torque de
referencia. El bloque selección de torque de referencia permite operar
como variador de torque regulado y aún tener operativo el control de
velocidad. En este caso, el variador puede recibir al mismo tiempo las
referencias de velocidad y torque.
Control de corriente de armadura.- La referencia de corriente de
armadura es comparada con la realimentación de corriente de
armadura proveniente de transformadores de corriente. El bloque
control de corriente de armadura produce una referencia de voltaje el
cual es aplicado al bloque sincronismo de armadura y lógica de disparo.
Sincronismo de armadura y lógica de disparo.- La salida de
referencia de voltaje del bloque anterior es convertida a referencia de
ángulo de fase y luego a referencia de tiempo para ser enviada como
control de los SCRs del puente de armadura.
Control de flujo de campo.- Utiliza la referencia de flujo de campo
desde el control de velocidad para desarrollar una referencia de
corriente de campo. Dicha referencia es luego comparada con la
realimentación de corriente de campo proveniente de los
transformadores de corriente de la línea AC del campo. El error entre la
referencia de la corriente de campo y la realimentación produce un
ángulo de disparo el cual es enviado a la lógica de disparo y
sincronismo de campo.
Sincronismo del campo y lógica de disparo.- La salida del ángulo de
fase desde el control de corriente de campo es convertida a una
referencia de tiempo el cual es sincronizado a la señal de sincronismo
de línea desde el sincronismo de armadura y la lógica de disparo para
producir los pulsos de disparo de compuerta hacia los SCRs.
A continuación tenemos algunas sugerencias a tener en cuenta en el
momento de instalar un variador de velocidad de motor DC:
Aviso de Seguridad
¡Este equipo maneja tensiones que pueden llegar a los 600
voltios. El choque eléctrico puede causar lesiones serias o mortales.
Únicamente el personal calificado deberá realizar los procedimientos
de arranque o el diagnóstico de fallas en este equipo.
Este equipo puede estar conectado a otras máquinas que tienen partes
(piezas) rotativas (giratorias) o partes que están impulsadas por el
equipo mismo. El uso indebido puede ocasionar lesiones serias o
mortales.
Únicamente el personal calificado deberá realizar los procedimientos
de arranque o el diagnóstico de fallas en este equipo.
ADVERTENCIA: No toque ninguna tarjeta (placa) de circuito,
dispositivo de potencia o conexión eléctrica sin antes asegurarse que la
alimentación haya sido desconectada y que no hayan altos voltajes
presentes en este equipo o en otros equipos al que esté conectado. El
choque eléctrico puede ocasionar lesiones serias o mortales.
Únicamente el personal calificado deberá realizar los procedimientos
de arranque o el diagnóstico de fallas en este equipo.
ADVERTENCIA: Esta unidad tiene una característica de reiniciación
automática que arranca el motor toda vez que se alimenta potencia de
entrada y se emite un mando de RUN (FWD o REV). Si una reiniciación
automática del motor pudiera resultar en lesiones a personas, deberá
inhabilitarse la característica de reiniciación automática cambiando a
Manual el parámetro Restart Auto/Man del bloque de Misceláneos,
Nivel 2.
ADVERTENCIA: Asegúrese de familiarizarse completamente con la
operación segura de este equipo. Este equipo puede estar conectado a
otras máquinas que tienen partes rotativas o partes que están
controladas por el mismo equipo. El uso indebido puede ocasionar
lesiones serias o mortales. Únicamente el personal calificado deberá
realizar los procedimientos de arranque o el diagnóstico de fallas en
este equipo.
ADVERTENCIA: Asegúrese que el sistema está debidamente puesto a
tierra antes de aplicarle potencia. No debe alimentarse potencia CA sin
antes confirmar que se han cumplido todas las instrucciones sobre
puesta a tierra. El choque eléctrico puede ocasionar lesiones serias o
mortales.
ADVERTENCIA: No quite la tapa antes de que haya transcurrido un
mínimo de cinco (5) minutos tras desconectar la alimentación de CA,
para permitir que se descarguen los capacitores. Hay presencia de
voltajes peligrosos en el interior del equipo. El choque eléctrico puede
ocasionar lesiones serias o mortales.
ADVERTENCIA: La operación incorrecta del control puede ocasionar
un movimiento violento del eje (flecha) del motor y del equipo
impulsado. Asegúrese que un movimiento inesperado del eje del motor
no vaya a provocar lesiones a personas ni daños al equipo.
Algunos modos de falla del control pueden producir pares de pico
(punta) que son varias veces mayores que el par nominal del motor.
ADVERTENCIA: En el circuito del motor puede haber alto voltaje
presente toda vez que se aplique potencia CA, aún si el motor no se
encuentra rotando. El choque eléctrico puede ocasionar lesiones serias
o mortales.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/208-%C2%BFcomo-instalar-y-configurar-un-variador-de-velocidad-dc-allen-bradley-?.html#sthash.sxtc0Gce.dpuf
Instalación y parámetros del variador AC MICROMASTER Vector 6SE32 / MIDMASTER Vector 6SE32Publicado por José Carlos VillajulcaViernes, 16 Abril 2010 03:38
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Tenemos a continuación información técnica correspondiente al variador de Velocidad de motor AC marca: MICROMASTER VECTOR del fabricante SIEMENS.
MICROMASTER Vector 6SE32 / MIDMASTER Vector 6SE32
Control de velocidad V/F de bucle abierto para uno o varios motores
asíncronos, síncronos o de reluctancia
Frecuencia de salida entre 0 - 650 Hz (400 Hz para 6SE92) con
resolución de hasta 0,01 Hz.
Sobrecarga de par de hasta el 50% como porcentaje de la intensidad de
salida nominal durante 60s.
Controlador PID integrado, para p. ej., control de presión o
temperatura.
Interface serie RS485.
Control para freno externo.
Rearranque volante para el control de motores girando.
Rearranque automático para el arranque tras desconexión accidental o
fallo.
Ajuste flexible de la consigna de frecuencia mediante frecuencias fijas,
entrada analógica, potenciómetro motorizado o interface serie.
Control flexible de las maniobras a través del panel frontal, entradas
digitales so interface serie.
Freno de corriente continua configurable.
Frenado compuesto para el control dinámico de la frenada sin
necesidad de elementos externos.
Consignas de velocidad aditivas por entrada análoga y consignas de
velocidad digitales /de frecuencia fija y control desde distintos orígenes.
Generador rampa programable (0 - 650s) con capacidad de suavización
de curvas.
8 frecuencias fijas configurables (7 para 6SE92).
4 bandas de frecuencia inhibidas para la supresión de resonancias.
Filtro EMC estándar incorporado para el cumplimiento de la normativa
EN55011 Clase A en unidades monofásicas.
Funciones adicionales en la serie 6SE32
Sensorless Vector Control para la mejora de las características
dinámicas de los motores asíncronos normalizados.
100% de sobrecarga como porcentaje de la intensidad nominal durante
3 segundos.
Módulo de frenado integrado con ciclos de frenado configurables
(MICROMASTER Vector).
Opciones
Filtro contra radiointerferencias tipo “footprint” para 208 - 240V / 380 -
500V, EN 55011 que cumple con clase A o B (MICROMASTER y
MICROMASTER Vector).
Filtro contra radiointerferencias externo para 208 - 240 V/380 - 500 V -
EN 55011 que cumple con clase A o B (MIDIMASTER Vector).
Bobinas de conmutación.
Resistencias de frenado (MICROMASTER Vector, MIDIMASTER
Vector).
Unidades de frenado (MIDIMASTER Vector).
Filtros de salida dV/dt. Bobinas de salida.
Software de programación SIMOVIS para la programación y puesta en
marcha en entornos WINDOWS 95 o WINDOWS NT.
Módulo PROFIBUS CB15.
Módulo CAN Bus, que soporta el protocolo CAN OPEN.
Sensorless Vector Control
La mayoría de las aplicaciones no necesitan ni pueden justificar el costo
adicional de un encoder para que un convertidor simule la función del
encoder, un algoritmo por software, necesita calcular rápidamente la
posición del rotor y verificar, utilizando un modelo matemático, las
características fundamentales del motor.
Para hacer esto el convertidor debe:
• Monitorizar la tensión y la intensidad de salida muy rápidamente.
Calcular los parámetros del motor (resistencia de estator y rotor,
inductancia de aislamiento, etc.).
• Calcular muy rápidamente las características del modelo térmico del
motor.
• Introducir los parámetros del motor en las condiciones nominales de
trabajo.
• Tener una capacidad de cálculo matemático muy rápido. Esto se hace
gracias a un circuito integrado diseñado a medida para esta aplicación
(ASIC);
• El Procesador en punto flotante. (F²P²).
SIEMENS, pionera en esta tecnología, ha introducido dentro de un
producto estándar, casi toda la funcionalidad del control vectorial a lazo
cerrado sin la necesidad de encoder.
Esto ha sido conseguido a través del uso del Procesador en punto
flotante, que realiza los millones de cálculos por segundo necesarios
para las exigentes condiciones de funcionalidad.
Como resultado, el par se incrementa como mínimo hasta el 150% a 0,5
Hz y hasta el 200% a 2,5 Hz, manteniendo el nivel de prestación sobre
todo el rango de temperatura gracias al modelo térmico matemático
adaptativo del motor.
La serie completa MICRO/MIDIMASTER Vector ofrece una capacidad
de sobrecarga de hasta el 200% durante 3 segundos, haciéndolos
particularmente adecuados para las duras aplicaciones en grúas o
elevadores.
El cálculo de las constantes del motor no es necesario ya que esto se
hace automáticamente, dejando al usuario un único parámetro de
ganancia para el ajuste fino de determinadas aplicaciones de inercia y
que, en la mayoría de los casos, se puede dejar en el ajuste de fábrica.
Procesador en punto flotante
El Sensorless Vector Control es un proceso de control en tiempo real de
una gran complejidad que se puede implementar gracias a la utilización
de procesadores DSP, procesadores RISC o múltiples
microprocesadores. La solución de SIEMENS ajusta el consumo de
tiempo del microprocesador e incluye procesadores matemáticos en
punto flotante hechos a medida para la aplicación (ASIC). La capacidad
de punto flotante significa que las ecuaciones del control son
implementadas sin pasos intermedios de reescalado. Con este sistema
se evitan desbordamientos aritméticos, con la misma velocidad de
cálculo. El resultado final es un producto sencillo con excelentes
prestaciones. El procesador en punto flotante es implementado usando
enteramente lógica combinatoria, pero es más, el término “Flash
Floating Point Processor” significa niveles de prestación hasta los 3
Mflops. Los algoritmos utilizados en los MICRO/MIDIMASTER Vector
son idénticos a los utilizados en nuestros reconocidos equipos
MASTERDRIVE.
Beneficios del Sensorless Vector Control
• Excelente control de la velocidad con ajuste automático del
deslizamiento.
• Alto par a baja velocidad sin necesidad de aplicar excesiva
componente de continua (boost).
• Bajas pérdidas, alto rendimiento.
• Características dinámicas mejoradas - mejor respuesta ante los
cambios de carga.
• Operaciones estables con grandes motores.
• Mejores características en la limitación de intensidad con mejoras del
control del deslizamiento.
- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/209-instalaci%C3%B3n-y-par%C3%A1metros-del-variador-ac-micromaster-vector-6se32---midmaster-vector-6se32.html#sthash.bN1svnmi.dpuf
¿Como hacer un mantenimiento efectivo a variadores de velocidad? Criterios para nunca olvidarPublicado por José Carlos VillajulcaViernes, 16 Abril 2010 03:49
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En la presente parte vamos a proporcionar información sobre algunas buenas costumbres que deben tener el personal de mantenimiento para lograr a satisfacción su labor.
¿Porqué se gastan las escobillas en un motor DC?
El uso de las escobillas de carbón es el resultado de la fricción
mecánica y la erosión eléctrica. La fricción produce polvo de carbón; el
resultado de la erosión eléctrica es la vaporización del carbón con un
pequeño residuo físico.
La fricción: El carbón y la barra de cobre tiene un alto coeficiente de
fricción. Para que el coeficiente de fricción sea pequeño, el conmutador
debe tener una buena película.
La erosion: Puede ser el resultado de impropia película en el
conmutador.
¿Qué es una buena película de conmutador?
Cuando la corriente eléctrica pasa por el carbón y la barra de cobre en
presencia de vapor de agua, se forma una capa microscópica o película
alrededor del conmutador. Una buena película es color marrón oscuro,
bronce quemado o marrón chocolate. Consulte con un cartilla de
colores de conmutador para saber la condición de su conmutador.
¿Qué hacer si deseo instalar un variador de motor AC luego de...
a) almacenado por un periodo menor a 1 año?
No necesita ninguna modificación o prueba especial.
b) almacenado por un periodo entre 1 a 2 años?
Aplicar potencia al variador una hora antes de dar el comando de
arranque (tiempo de carga 1 hora).
c) almacenado por un periodo entre 2 a 3 años?
Usar una fuente de alimentación AC. Aplicar el 25% de la tensión de
entrada durante 30 minutos. Incrementar la tensión al 50% durante 30
minutos más. Incrementar tensión hasta el 75% durante 30 minutos
más.
Incrementar la tensión hasta el 100% durante 30 minutos más. El
convertidor estará listo para funcionar (tiempo de carga 2 horas).
d) almacenado por un periodo entre 3 a más años?
Proceder como el caso anterior pero los periodos deben ser de 2 horas
(tiempo de carga 8 horas).
Ubicación física del variador
La ubicación del control 19H es muy importante. Deberá instalarse en
un lugar protegido contra la exposición directa a la luz solar, las
substancias corrosivas, los gases o líquidos nocivos, el polvo, las
partículas metálicas y la vibración. La exposición a estos elementos
puede reducir la vida útil y degradar el rendimiento del control.
Hay varios otros factores que deberán evaluarse cuidadosamente al
seleccionar el lugar de instalación:
1. Para lograr eficacia en el enfriamiento (disipación térmica) y el
mantenimiento, el control deberá montarse verticalmente en una
superficie vertical plana, lisa y no inflamable. Cuando el control está
montado en un gabinete, use la información sobre pérdida de watts
provista en la Tabla 2-1 de manera de proporcionar el enfriamiento y la
ventilación adecuada (4 watts por amperio de salida continua).
2. Para que haya una adecuada circulación de aire, se deberá dejar un
espacio libre de 5 cm (dos pulgadas) como mínimo alrededor del
control.
3. Deberá contarse con acceso frontal para poder abrir la tapa del
control o sacarla para efectuar servicio y para permitir ver el display
(visualizador) del teclado. (El teclado puede, como opción, montarse en
forma remota a una distancia de hasta 30 metros [100 pies] del
control).
Los controles que se instalen en un gabinete montado sobre el suelo
deberán ubicarse dejando espacio libre para poder abrir la puerta del
gabinete. Este espacio permitirá también contar con suficiente
circulación de aire para enfriamiento.
4. Reducción de capacidad por altitud. Hasta 1 000 metros (3 300 pies)
no se requiere hacer reducción. A más de 1 000 metros, reduzca la
corriente continua y pico de salida en un 2% por cada 305 m (1 000
pies).
5. Temperature derating. Reducción de capacidad por temperatura.
Hasta 40°C no se requiere hacer reducción. A más de 40°C, reduzca la
corriente continua y pico de salida en un 2% por cada °C. La máxima
temperatura ambiente es de 55 °C.- See more at: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-variadores-de-velocidad/item/210-%C2%BFcomo-hacer-un-mantenimiento-efectivo-a-variadores-de-velocidad?-criterios-para-nunca-olvidar.html#sthash.lMIco47A.dpuf