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Variadores de Velocidad CA. Aplicaciones. Elect. Industrial. =)

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by

Joseph Cahuin Medina

on 24 June 2014

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Transcript of Variadores de Velocidad CA. Aplicaciones. Elect. Industrial. =)

Variadores de frecuencia.
Variadores de velocidad
Definición
Conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de motores.
VSD (Variable Speed Drive)
ASD (Adjustable-Speed Drive)
DRIVE
Objetivos
Reducción de consumo energético.
Aparece como consecuencia indirecta de
la aplicación de variadores de velocidad sobre porcesos.

Hoy día se instalan únicamente con este fin y se rentabilizan en periodos cortos, incluso en meses.


Control de procesos.
Es la finalidad principal de diseño. Algunas de sus principales aplicaciones son:
Control de la aceleración.
Distintas velocidades de operación.
Compensación de variables en procesos complejos.
Permitir operaciones lentas para afines de ajuste o prueba.
Ajuste de la tasa de producción.
Permitir el posicionamiento de alta precisión.
Control del Par motor.
Tipos
Variadores Mecánicos
Variadores hidráulicos
Variadores Eléctricos/
Electrónicos
Variador de paso:
Variador de tracción:
Variador hidrostático
Variador hidrodinámico
Variador hidroviscoso
Variador de CC
Variadores de deslizamiento
Variadores de frecuencia
Sólo rotor devanado, es decir
motores de indución o asíncronos.
Variadores de frecuencia
Aplicaciones prácticas.
Descripción general
Bibliografía
Instalación
Regulación
http://ingenieros.es/files/proyectos/Variadores_de_frecuencia.pdf
http://industrial.omron.es/
http://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_velocidad
Línea de entrada
Interruptor
magnetotérmico.
Contactor
Variador
Motor
http://www.selecsacatalogo.com/que_es_un_variador_de_velocidad.html
Principio de funcionamiento.
Dispositivos electrónicos, que permiten el control completo
de motores eléctricos de inducción, los más utilizados son los de motor trifásico de inducción y rotor sin bobinar.
Finalidad
Línea de entrada de Red
Acometida de c.a., línea de suministro principal,
puede ser:
Monofásica en aparatos para motores pequeños de hasta
1,5 kw. (2 C.V. aprox)
Trifásica para motores de más potencia, hasta valores de 630 kw o más.
Rectificado
Mediante diodos rectificadores se consigue un valor de tensión "estable" que emula la corriente continua.
Rizado: Rango comprendido entre el píco máximo y mínimo de tensión tras una rectificación.
Rectificado de onda trifásica
Rectificado de corriente alterna monofásica
Puente rectificador de diodos
Filtrado
Conversión a alterna
Esta etapa se compone de condensadores de gran capacidad (y a veces también bobinas) que almacenan y filtran la c.c. rectificada, para obtener un
valor de tensión contínua establ
e (minorar el rizado), y
reserva de energía
suficiente para proporcionar la intensidad requerida por el motor.
Ilustración rizado
Un ondulador convierte la energía de los condensadores en una salida trifásica/monofásica controlada, con
valores de tensión, intensidad y frecuencia de salida variables.
Como elementos de conmutación, se usan principalmente transistores bipolares (BJT), CMOS o similares, IGBT, tiristores (SCR), GTO… etc.
Las señales de salida, se
obtiene por diversos procedimientos como troceado, mediante ciclo convertidores, o
señales de aproximación senoidal mediante modulación por anchura de impulsos PWM
Control y E/S
Diferentes conexiones de entradas y salidas de
control; pueden ser digitales tipo todo o nada
(contactos, pulsadores, conmutadores, contactos de relé…)
o analógicas mediante valores de tensión (0…10 V o similares)
e intensidad (4…20 mA o similares). Además puede incluir terminales de alarma, avería, etc.

Comunicaciones
Pueden integrarse en redes industriales, por lo que disponen
de un puerto de comunicaciones, por ejemplo RS-232, RS-485,
red LAN, buses industriales (ProfiBus…) o conexiones tipo RJ-45 o
USB para terminales externos y ordenadores.
Cada
fabricante facilita el software
de control, directo o mediante bus de comunicaciones. Que permitirá el control, programación y monitorización del variador (o variadores) en el conjunto de aparatos de control empleados.
Procesos
Maquinaria
Instalaciones
Ventajas
-  Mediante contactores externos de bypass (puente) se puede utilizar un solo variador
para el control secuencial de varios motores, tanto en arranque como en parada.
- Evita picos o puntas de intensidad en los arranques del motor. (Muy pronunciados en el arranque directo, en estrella-triángulo y medios con arrancadores progresivos).
- El par se controla totalmente a cualquier velocidad, lo que evita saltos o bloqueos del motor ante la carga. (En un arrancador progresivo la regulación del par es dificil, ya que se basa en valores de tensión inicial).
- No tiene factor de potencia (cos φ = 1), lo que evita el uso de baterías de condensadores y el consumo de energía reactiva (ahorro económico).
- Comunicación mediante bus industrial, lo que permite conocer en tiempo real el estado del variador y el motor, así como el historial de fallos (facilita el mantenimiento).
- Los arranques y paradas son controlados, y suaves, sin movimientos bruscos.
- Protege completamente el motor, el variador y la línea.
- El consumo energético se adapta a la exigencia del motor (ahorro de energía).
Inconvenientes
http://www.schneider-electric.com.ar/documents/recursos/myce/capitulo04_1907.pdf
- Evita los ciclos de histéresis en los procesos a controlar evitando sobrecalentamientos y consumos inecesários.
Arranque progresivo
Control de potencia, par y velocidad
-  Las averías del variador, no se pueden reparar in situ (hay que enviarlos a la casa o servicio técnico). Mientras tanto debe disponerse de otro variador equivalente, o dejar la instalación sin funcionamiento.

-  La instalación, programación y mantenimiento, debe ser realizada por personal cualificado.
-  Si no esta bien aislado (con filtros) o instalado, puede derivar ruidos e interferencias en la red eléctrica, que podrían afectar a otros elementos electrónicos cercanos.
-  Para aplicaciones sencillas puede suponer mayor inversión, que un sistema simple, si bien a la larga se amortiza el gasto suplementario, por el ahorro energético y de potencia reactiva que aporta el variador.
http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-cfw-09-convertidores-de-frecuencia-1033-catalogo-espanol.pdf
Curva convencional estrella-triágulo
http://www.schneiderelectric.es/documents/local/productos-servicios/automatizacion-control/guia-soluciones-aut/guia-soluciones-capitulo5.pdf
Arrancador suave
Se debe de estudiar con detenimiento su aplicación ya que si su función va a ser únicamente arranque/paro de motores existen en el mercado alternativas más económicas como los arrancadores progresivos.
Una función principal de un variador es el arranque suave y progresivo, evitando los picos de intensidad derivados de la commutación tradicional estrella-triángulo y aumentando paulatinamente el par desde un mínimo para el inicio.
Arranque con variador

Bases de funcionamiento
¿Para qué?
¿Cómo?
¿Por qué?
Cargas típicas
Cálculo de revoluciones de salida teóricas del motor eléctrico
(Sin tener en cuenta deslizamiento):
Ej. Motor de 50Hz y 1.500 rpm de velocidad nominal
Variación entre 5 y 12 Hz
n(Max) = (60·5)/2 = 150 rpm
n(min)= (60·120)/2 = 3600 rpm
Curva nominal de funcionamiento
Par constante
Par de carga constante:
molinos, bombas
de pistón, transportadoras en carga
(cintas, elevadores, sinfines...)
Par de carga cuadrático:
ventiladores y motores de bombas centrífugas

Potencia constante:

máquinas herramienta (corte), bobinadoras, laminación...
Algunos variadores pueden traer embebidos en su encapsulado uno o varios reguladores, de este modo podemos utilizarlos para un funcionamiento autónomo sin más configuración que la inicial.
Su función es únicamente la de
regular la velocidad
o la forma de entrega de par sin ser susceptible a cambios externos a menos que sea comandado por una de sus entradas.
Si contiene un regulador en su estructura, ya no hablamos de un simple variador sino de un complejo
servosistema
que recibe y ´
procesa información real del proceso que comanda, por lo tanto actúa en consecuencia regulando completamente el proceso en bucle cerrado de tipo PI, incluso PID. El proceso se cierra con la ayuda de
elementos como encoders, sensores...
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