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Iniciación a la variación de velocidad CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 1/46 Temario •Objeto y principio de la variación de velocidad •Conceptos teóricos •El motor eléctrico •Dinámica del movimiento, los 4 cuadrantes •Elección del variador de velocidad •Tipos de variadores CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 2/46 Tipos de accionamientos * RED Velocidad Fija MOTOR REDUCTOR MAQUINA Velocidad Variable RED VARIADOR CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 MOTOR MAQUINA 3/46 Fases de un movimiento * Velocidad Aceleración Ma = Mac+Mr Par motor: Mm Par resistente: Mr CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 Régimen estable Mm = Mr Deceleración Tiempo Mra = Mr+Mf Par arranque: Ma Par acelerador medio: Mac Par de ralentizado: Mra Par de frenado: Mf 4/46 Ventajas de la variación * EN LA ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA: MENOR sobre intensidad de arranque POSIBILIDAD de ahorro de energía OPTIMIZACION del factor de potencia DEL SISTEMA EN EL MOTOR CONTROL continuo y a distancia Menores esfuerzos mecánicos FLEXIBILIDAD de configuración Menos calentamientos REGLAJE según aplicación CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 5/46 Objeto y principio de la variación de velocidad Fijar la velocidad de movimiento Varias velocidades por movimiento Aproximación (lento) Trabajo (rápida) Retorno (muy rápido) Mantener la velocidad constante Variaciones en la red Variaciones en la carga CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 Arrancar y parar con suavidad Menor corriente arranque Menor golpe mecánico Posicionar Ajustar un parámetro proceso Presión, caudal, etc. Bobinado, V. Corte lineal Sincronizar velocidad, posición Entre máquinas o partes 6/46 Principio de funcionamiento del motor B X X X X X X X X X X X X i X X X X CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 UN CONDUCTOR QUE PORTA CORRIENTE, EN PRESENCIA F DE UN CAMPO MAGNETICO EXPERIMENTA LA ACCION DE UNA FUERZA SOBRE EL. 7/46 Fórmulas * r PAR M=F.r F F TRABAJO W=F.D POTENCIA P=W/t D F D CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 8/46 Los cuatro cuadrantes PAR VELOCIDAD PAR VELOCIDAD * * PAR VELOCIDAD VELOCIDAD PAR CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 VELOCIDAD PAR 9/46 Carga arrastrada Pot. Eléctrica CARGA MAQUINA RED VELOCIDAD VELOCIDAD PAR PAR CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS Pot. Mecánica NOVIEMBRE 2002 10/46 Carga arrastrante Pot. Eléctrica RED Pot. Mecánica MAQUINA CARGA RESISTENCIA VELOCIDAD VELOCIDAD PAR PAR CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 11/46 Elección del variador de velocidad Datos necesarios : • POTENCIA para generar el par motor • TIPO DE CARGA que manejamos • DINAMICA del accionamiento • PRECISIÓN requerida CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 12/46 Potencia Se determina según : • • • • • Par resistente Par de arranque Pérdidas por diversas causas Tiempo de arranque Factores de desclasificación Se elige según corriente nominal En elevación se pasa a un calibre superior CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 13/46 Tipos de Carga Par resistente (Mr) 1- Constante o fuerte par 3- Creciente 4- Cuadrático o par estándar 2- Inverso Velocidad (w) CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 14/46 Par resistente constante El par es constante Mr = k La potencia proporcional a la velocidad P= Mr * V P= k * V Presente el 80% de los casos Transporte horizontal Elevación Trenes laminación, etc. CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 15/46 Par resistente cuadrático El par es proporcional al cuadrado de la velocidad Mr=k· w 2 La potencia es proporcional al cubo de la velocidad P=Mr· w P=k· w 3 Presente en Ventilación y Bombas centrífugas CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 16/46 Dinámica y Precisión DINAMICA PRECISION Tenemos alta dinámica si: Para : Necesitamos tiempos cortos en Mantener la velocidad Arranque, Paro e Inversión Carga arrastrante ( elevación, alta inercia) CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 Parar en posición Par bajas vueltas 17/46 SOLUCIONES POSIBLES DE VARIACION CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 18/46 Soluciones posibles MOTORES CORRIENTE CONTINUA CORRIENTE ALTERNA ROTOR JAULA ARDILLA CORRIENTE ALTERNA ROTOR BOBINADO SERVOMOTORES CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 EQUIPOS VARIADORES ARRANCADORES VARIADORES VARIADORES CON RESISTENCIAS ROTORICAS VARIADORES SERVO 19/46 Variador y motor de corriente continua RED inducido excitación M CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 20/46 Arrancador y motor de corriente alterna = CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 21/46 Tecnologías Variador y motor de corriente alterna 1/1000 ATV 58 FVC 1/100 ATV 58 ATV 28 1/10 ATV 58 ATV 11 0.18 0.37 2,2 5.5 CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 15 Potencia kW ATV 68 55 220 630 22/46 Variador y motor CA rotor bobinado T E Telemecanique T E Telemecanique STATOVAR 4 M VARIADOR STATOVAR STV-64 M MÓDULO DE CONTROL DE LOS CONT. ROTORICOS CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 RESISTENCIAS ROTORICAS CONTACTORES ROTORICOS 23/46 Variador servo y servomotor MOTOR Brushless de imanes permanentes Rotor de baja inercia Alta dinámica Sensor de velocidad integrado VARIADOR Especifico para este motor CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 24/46 SELECCIÓN DEL VARIADOR CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 25/46 Criterios de selección Características técnicas aplicación Coste de variador + motor + instalación Coste de mantenimiento Prestaciones adicionales CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 26/46 Valoración soluciones Características Coste Coste Prestaciones Técnicas Compra Manto Auxiliares Variador CC Arrancador CA Variador CA Rotor bobinado Servos CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 27/46 Variadores motores de corriente alterna ATV 11 ATV28 ATV38 ATV58 ATV58F ATV68 CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 28/46 Motor asíncrono trifásico CA rotor en cortocircuito Estator Ventilador Caja de conexiones Cojinetes CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 Rotor 29/46 Constitución Circuito magnético - Corona estatórica: estatórica Chapas magnéticas (espesor 0,35 y 0,5 mm) aisladas por barnices, ranuradas, prensadas y sujetas a la carcasa. - Entrehierro - Corona rotórica: rotórica Chapas magnéticas aisladas, apiladas sobre el eje y ranuradas. CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 30/46 Funcionamiento del motor de inducción (ASM) - estator Estator: 3 bobinas defasadas 120° geometricos F + 3 tensiones defasadas 120° en el tiempo = campo magnético giratorio f × 60 nΦ = p CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 [rpm] 31/46 Funcionamiento del motor de inducción (ASM) - rotor Rotor: F* F I U 1. principio - generador U = f (F, t) 2. principio - motor n ASM CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 T = f (F, I) f × 60 = × (1 − s ) [rpm] p 32/46 Deslizamiento 1. Si el rotor estuviera rotando a la la velocidad sincrónica, las barras de este serían estacionarias con respecto al campo magnético y no habría voltaje inducido. 2. Si el voltaje inducido es cero, no habría corriente en el rotor ni tampoco campo magnético rotórico. Sin este campo,el par inducido sería cero y el motor se pararía por pérdidas de rozamiento. 3. En consecuencia, un motor de inducción puede acelerar hasta una velocidad cercana a la de sincronismo, pero nunca podrá alcanzarla. 4. Vemos, que mientras los campos magnéticos del rotor y del estator rotan conjuntamente a una velocidad sincrónica, el rotor en sí girará a una velocidad menor. CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 33/46 Características del motor Corriente Par Corriente de arranque 6 . . 8 In La característica M-N varía en función del tipo de rotor Corriente máxima 3. .4 In Par máximo 2.5 Par nominal Par de arranque 1.5 Par nominal Par nominal Corriente nominal In Z. INESTABLE Z. ESTABLE Velocidad nominal Velocidad mínima Velocidad de sincronismo ns = 60 f / pp Velocidad CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS Arranque directo NOVIEMBRE 2002 34/46 ¿CÓMO LOGRAMOS LA VARIACION? CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 35/46 Velocidad del motor de inducción (ASM) n ASM f × 60 = × (1 − s ) [rpm] p motor de anillos rozantes con resistencias en el circuito del rotor conmutación de pares de polos frecuencia del variador CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 36/46 Variación del número de pares de polos 1. Devanados independientes. 2. El mismo devanado, cambiando el sentido de la I en las bobinas. CONEXIÓN DAHLANDER CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 37/46 Control de velocidad Variadores y su evolución CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 38/46 Principio de funcionamiento V1, f1 Puente Rectificador CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 Bus de Continua Puente Ondulador Trifásico V2 ,f2 39/46 Diagrama de bloques CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 40/46 Función principal del variador (VSD) Puente rectificador Condensadores de 6 diodos del bus CC interno Puente inversor con 6 IGBT L1 L2 L3 U V W t t CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 41/46 Esquema de potencia CARGADOR CONDENSADORES ONDULADOR R S T RESISTENCIA DE FRENADO CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 42/46 Control de flujo vectorial Motor cc: T = F x Ia F T = F x IR Ia F AFE ... escobillas devanado de compensación Flujo y par se pueden ajustar separadamente uno del otro CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS Motor trifásico de inducción NOVIEMBRE 2002 (producto de vectores) IR Flujo y par (corriente de rotor = corriente activa) sólo son controlables actuando conjuntamente sobre la tensión y la frecuencia La regulación del campo orientado produce una desconexión del control 43/46 Ley tensión / frecuencia Z = r +2 fL Z disminuye proporcionalmente TENSIÓN Si la frecuencia disminuye (efecto reducir velocidad) SE DEBE REDUCIR PROPORCIONALMENTE LA TENSIÓN PARA EVITAR SOBRECALENTAMIENTO DEL MOTOR POR EXCESO DE CONSUMO FRECUENCIA CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 44/46 Curva par / velocidad Par / Par nominal CONTROL VECTOR IAL DE FLUJO 1,7 60s 1 0,5 1 Hz CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS 2s 2 NOVIEMBRE 2002 25 Hz 50 Hz 80 Hz Frecuencia 45/46 Par a bajas vueltas Par 1 0,05 rpm 0,5 rpm 1,5 rpm RTV84 LEXIUM 30 rpm 15 rpm ATV58 ATV28 ATV11 ATV58F 0,002 Hz 0,02 Hz 0,05 Hz 0,5 Hz 75 rpm 1 Hz 2,5 Hz 150 rpm ATV08 5 Hz Frecuencia CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS NOVIEMBRE 2002 46/46
