VARIADORES DE VELOCIDAD

CAPACITACION DICTADA PARA EL GRUPOCASA SUECA B

CONTENIDO

INTRODUCCION

OBJETIVOS

MAQUINAS ELECTRICAS

QUE ES UN VARIADOR? QUE

APLICACIONES TIENEN?

CLASES DE CONTROL DEL PAR O TORQUE?

ZONAS DE TRABAJO

FRENADO

INTRODUCCION

Sin duda alguna los accionamientos a base de motores eléctricos son los más numerosos de la mayoría de

las aplicaciones, y dentro de ellos los basados en motores de corriente continua han gozado de una total

hegemonía en el campo industrial durante décadas.

Sin embargo los motores con menor nivel de exigencias en el mantenimiento son los motores asíncronos

de jaula de ardilla, debido a que carecen de colector, tienen una relación peso-potencia mucho Menor que

los de continua, y por tanto un coste significativamente más bajo. Por estas razones, dada su capacidad de

soportar sobrecargas y su elevado rendimiento, es el motor más atractivo para la industria.

Desde hace aproximadamente 20 años, el elevado desarrollo de la electrónica de potencia y los

microprocesadores ha permitido variar la velocidad de estos motores, de una forma rápida, robusta y fiable,

mediante los reguladores electrónicos de velocidad.

La elección de la instalación de un convertidor de frecuencia como método de ahorro energético supone:

Reducción del consumo.

Mejor control operativo, mejorando la rentabilidad y la productividad de los procesos productivos.

Minimizan las pérdidas en las instalaciones.

Ahorro en mantenimiento (el motor trabaja siempre en las condiciones óptimas de funcionamiento).

OBJETIVOS

Mostrar al grupo Casa Sueca B lasgeneralidades de los variadores develocidad

Entender las diferencias entre variadoresvectoriales y escalares

Conocer las áreas de funcionamiento conrespecto a la velocidad

MAQUINAS ELECTRICAS

Las máquinas eléctricas sirven para transformar la energía mecánica en eléctrica (generadores) o,

inversamente, para transformar la energía eléctrica en mecánica (motores); es decir que la

máquinas eléctricas son reversibles y pueden trabajar como generador o como motor.

El sistema magnético de una máquina asíncrona consta de 2 núcleos: el núcleo exterior fijo que

tiene la forma de un cilindro hueco y el núcleo cilíndrico interior giratorio.

La parte fija de la máquina se llama estator y la parte giratoria rotor.

ESTATOR: en las ranuras ubicadas en el lado interior del estator se coloca un arrollamiento trifásico

ROTOR: si en el interior del estator colocamos una espira en cortocircuito (rotor) que pueda girar alrededor

de un eje, se tiene que:

Al conectar el estator a la red se origina un campo giratorio que originará una FEM inducida.

Esta FEM inducida, a su vez hace circular una corriente en la espira en cortocircuito (rotor), y por la

acción del campo magnético creará cuplas distribuidas a lo largo de la espira haciendo que ésta trate

de seguir al campo giratorio.

Es obvio que la espira nunca podrá alcanzar al campo giratorio debido a la cupla resistente, que está

compuesta en prime r término por las pérdidas por rozamiento en los cojinetes, y en segundo término

por la carga que mueve el eje del motor.

Es decir que siempre habrá una diferencia entre la velocidad “n s” del campo giratorio y la del rotor “n”

(o la del eje del motor).

Una formula para tener en cuenta para entender la variación de velocidad es:

Ns = ( 60 * f ) / p

Donde:

f: es la frecuencia de la línea (Hz).

p: es el número de pares de polos.

QUE ES UN VARIADOR?QUE APLICACIONES TIENE?

Un variador de velocidad es el dispositivo que nos permite controlar la velocidad y el torque suministrado

por un motor eléctrico a fin de adaptarlos a lo requerido para dicha aplicación.

En las aplicaciones industriales modificar la velocidad de un eje implica también disponer del torque

necesario para dicha acción. En una intención de clasificar las aplicaciones por el torque requerido a

diferentes velocidades de trabajo podríamos agruparlas mayoritariamente en 2 grupos:

Par constante : Son aquellas aplicaciones que requieren par constante en todo el rango de velocidades

de operación

Par cuadrático : Como las aplicaciones de bombas y ventiladores centrífugos. El par sigue una ley

cuadrática con la velocidad empezando desde 0 (aplicación detenida) hasta cupla máxima a máxima

velocidad

CLASES DE CONTROL DEL PAR O TORQUE

Para el control del par electromagnético del accionamiento se emplean los siguientes métodos:

Regular la tensión del estator en función de la frecuencia. (Control V/f).

Regulación mediante la descomposición vectorial de la intensidad del estator sobre unos ejes

orientados con el flujo magnético. (Control vectorial).

CONTROL ESCALAR

De una manera simple el par entregado en el eje de un motor eléctrico asincrónico trifásico de corriente

alterna es directamente proporcional a la tensión de alimentación e inversamente proporcional a la

frecuencia de alimentación, mientras que su velocidad es proporcional a la frecuencia de la tensión de

alimentación

PAR = K * V / F donde:

K = Constante de proporcionalidad

V = Tensión de alimentación

F = Frecuencia de alimentación

Un convertidor de frecuencia alimentado desde la red publica, con salida trifásica de forma de poder

seleccionar la frecuencia de salida desde 0 a 60 HZ a fin de establecer la velocidad del motor y la tensión

de salida proporcional a la frecuencia seleccionada (ley V/F) a fin de disponer de par constante e igual a la

nominal en el eje de motor para cualquier velocidad de operación.

CONTROL VECTORIAL DE LAZO ABIERTO

Si imaginamos al motor eléctrico con un rotor compuesto por un imán asociado, montado solidario al eje

del rotor, de forma que al acercar otro imán (construido por el variador a través del bobinado de estator) la

repulsión entre ambos imanes genera el movimiento del eje comprenderemos inmediatamente que el imán

construido a través del estator deberá en todo momento tener la posición y la magnitud adecuadas para

asegurar la rotación correcta del motor en cualquier estado de carga.

La forma de construir ese imán de estator por así denominarlo, es a través de crear un vector de flujo

magnético en el entrehierro del motor o sea que el circuito de salida del variador debe generar en todo

instante una onda de salida en tensión y frecuencia para dicho fin.

El proceso se conoce como modulación vectorial de etapa de salida del variador a partir de cálculos

realizados en la etapa de control micro procesada del variador

CONTROL VECTORIAL DE LAZO CERRADO

Existen diversas aplicaciones que requieren erogar el Torque nominal con el motor detenido, por ejemplo

aplicaciones en medios de transporte vertical como grúas y ascensores, también otros dispositivos

industriales como ser bobinadores, de bobinadores, tractores de material, etc.

Dadas las alinealidades del motor asincrónico cuando gira a baja velocidad, la realización de los cálculos

vectoriales consiste en el uso de microprocesadores de mayor capacidad de cálculo y software más

complejo. En el estado de arte actual es aun más económico realizar la medición de la posición del rotor en

lugar de calcularla a través de algoritmos en el microprocesador.

ZONAS DE TRABAJO

En la operación de motores eléctricos asincrónicos de corriente alterna con variadores de velocidad existen

básicamente dos áreas bien delimitadas en función de la velocidad

A) Zona de par constante

B) Zona de potencia constante

ZONAS DE TRABAJO

A) Zona de par constante : Desde la velocidad mínima hasta la velocidad nominal del motor.

Limites de Frecuencia Inferior: Verificar que la frecuencia de operación mínima es compatible con la

tecnología del variador elegido (según descripciones de puntos anteriores) Sobrecalentamiento del motor

eléctrico

Los motores eléctricos tienen generalmente asociados a su eje un ventilador para la refrigeración

Al disminuir la velocidad del motor disminuye también la velocidad y por ende el caudal del ventilador. Para

un motor eléctrico operando a par constante existe un límite de velocidad mínimo en el cual el ventilador

propio del motor no asegura la refrigeración poniendo en peligro la vida útil del motor. Este límite depende

del motor y la aplicación debiendo verificarse cuidadosamente. Es recomendable en esos casos utilizar

elementos de medición de alarma y protección de sobre temperatura en el motor.

Velocidades menores del motor requerirán de una ventilación adicional al mismo para asegurar la

refrigeración.

ZONAS DE TRABAJO

B) Zona de Potencia constante: El hecho de poder obtener del variador frecuencias mayores que la de una

red de suministro eléctrico permite hacer funcionar el motor eléctrico a velocidades mayores que la nominal

del motor eléctrico.

Limites de Frecuencia Superior:

El torque obtenible del motor controlado por el variador disminuirá a medida que incrementemos la

frecuencia, debiendo cuidarse de poseer el torque necesario para impulsar la aplicación.

FRENADO

Consideremos a la maquina impulsada por el motor reducida a un volante de inercia acoplado al motor,

para acelerar dicho volante el motor debe suministrar energía mecánica que recibe del variador en forma

de energía eléctrica.

El variador tiene incluida rampas ajustables que permiten controlar el incremento y decremento de

velocidad en función del tiempo, controlando de esa forma el flujo de energía.

Durante la rampa de frenado el motor retira energía mecánica del volante que representa a la maquina,

para permitir su frenado.

Esa energía es devuelta, en forma de energía eléctrica al variador en un proceso denominado

regeneración.

La energía devuelta o regenerada por el motor es enviada a los capacitares del filtro del variador, suele

denominarse a dicha conexión Bus de Corriente Continua (bus de DC).

A fin de limitar ese proceso los variadores incluyen un chopper de freno que al alcanzarse un valor de

tensión prefijado en el bus de DC, actúa derivando esa energía proveniente del frenado a una resistencia

externa de disipación (a fin de proteger las partes internas del variador).

La resistencia de disipación suele denominarse resistencia de freno o frenado.

“Empieza a ser ahora lo que serás de aquí en adelante sabiendo que

si haces lo mismo tendrás los mismos resultados”

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION