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SIMOREG DC Master
Serie 6RA70
Aplicación
Consejos sobre configuración,
hardware/software y
sobre regulación
Convertidores (reguladores) con microprocesador desde 6kW hasta
1900kW
para accionamientos de corriente continua de velocidad variable
Edición 03
Edición 03
02.02
NOTA
Este documento de aplicación no pretende abarcar todos los detalles o variantes del equipo o todo
empleo o aplicación imaginable.
Si necesitase información adicional y surgiesen problemas específicos que no hayan sido abordados con
suficiente detalle para su área de aplicación, por favor diríjase a la filial local de Siemens.
El contenido de este documento de aplicación no forma parte de ningún acuerdo, promesa o relación
jurídica previa o todavía existente ni supone ninguna modificación de las mismas. El contrato de compra
en cuestión representa todas las obligaciones de la subdivisión Accionamientos de velocidad variable
A&D de SIEMENS AG. La garantía establecida en el contrato entre las partes constituye la única garantía
asumida por la subdivisión Accionamientos de velocidad variable A&D. Las disposiciones contractuales
de garantía no verán ampliadas ni modificadas por las manifestaciones de este documento de aplicación.
ADVERTENCIA
Los dispositivos señalados contienen tensiones eléctricas peligrosas, componentes
mecánicos rotativos peligrosas (ventiladores) y controlan piezas mecánicas rotativas
(Accionamientos). Se producirá la muerte, graves lesiones físicas o importantes daños
materiales si no se respetan las instrucciones contenidas en los manuales de instrucciones
correspondientes.
Los trabajos en y con estos equipos deberán ser realizados exclusivamente por personal
cualificado que se haya familiarizado previamente con todas las instrucciones de seguridad e
indicaciones, consejo para montaje, empleo y mantenimiento contenidas en los manuales de
instrucciones.
Para asegurar un perfecto y seguro funcionamiento de los equipos es preciso realizar un
transporte adecuado, un almacenamiento, instalación y montaje profesionales así como un
manejo y mantenimiento minuciosos.
No está permitida la transmisión ni reproducción de este documento,
aprovechamiento y comunicación de su contenido mientras no se
autorice expresamente. Se exigirán indemnizaciones por daños y
perjuicios en el caso de infracciones a esta norma. Reservados todos
los derechos, en concreto en el caso de concesión de patentes o
registro de modelos de utilidad.
Hemos verificado el contenido de la publicación para asegurar la
coincidencia con el hardware y software descritos. Sin embargo, no
pueden excluirse discrepancias, por lo cual no asumimos ninguna
garantía de la plena coincidencia. Sin embargo, los datos recogidos en
esta publicación serán verificados con regularidad y se incluirán las
necesarias correcciones en sucesivas ediciones. Agradeceríamos
cualquier propuesta de mejora.
Siemens AG 2000 All rights reserved
SIMOREG ® es una marca registrada de Siemens
02.02
0
Edición 03
Índice
Página
1
Ámbito de aplicación ............................................................................................4
2
El diseño y la configuración.................................................................................5
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
Motor de corriente continua................................................................................................................ 5
Convertidor 6RA70 SIMOREG DC-MASTER..................................................................................... 6
Transformador de convertidor ............................................................................................................ 8
Reactancia de conmutación ............................................................................................................... 8
Contactor general ............................................................................................................................... 9
Interruptores de protección................................................................................................................. 9
Fusibles de protección de semiconductores .................................................................................... 10
Cables............................................................................................................................................... 10
Filtro supresor de interferencias radiofónicas .................................................................................. 10
Coseno de PHI ................................................................................................................................. 11
Armónicos en la red.......................................................................................................................... 11
Sistema de compensación ............................................................................................................... 11
3
Pequeño ABC del hardware ...............................................................................12
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.2
La electrónica con microprocesador ................................................................................................ 13
Entradas/salidas analógicas ............................................................................................................. 13
Entrada de generador de impulsos .................................................................................................. 13
Interfaces serie ................................................................................................................................. 14
Interface de motor ............................................................................................................................ 14
Módulos auxiliares ............................................................................................................................ 14
Adquisición de valores medidos en el SIMOREG DC Master 6RA70 .............................................. 15
4
El software: Adaptación flexible ........................................................................17
5
Variables características de regulación............................................................18
5.1
5.2
5.3
5.4
Regulación de corriente.................................................................................................................... 18
Regulación de velocidad de giro....................................................................................................... 18
Optimizaciones automáticas sirven de ayuda para la puesta en servicio. ....................................... 18
Ciclos de cálculo............................................................................................................................... 18
Siemens AG
SIMOREG DC Master
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
Edición 03
1
02.02
Ámbito de aplicación
Los convertidores SIMOREG están equipados con funciones totalmente digitales de regulación y sirven para
la alimentación de inducido y de excitación de accionamientos de corriente continua de velocidad variable.
Totalmente digitales con experiencia: los convertidores con regulación digital de SIEMENS están en el
mercado desde 1986. Desde entonces han entrado en servicio más de 100 000 SIMOREGs digitales, en
todo el mundo, en todas las áreas industriales que utilizan sistemas de corriente continua, ya sea en grúas,
máquinas para la producción de papel, máquinas para la producción de película plástica o trenes de
laminación: el convertidor digital de SIEMENS como accionamiento de corriente continua de velocidad
variable se ha impuesto.
De serie:
•
•
•
•
•
Tensión asignada de conexión: 400, 460, 575, 690, 830 V
Corriente asignada de circuito de inducido: 15 hasta 2000 A (con conexión en paralelo de SIMOREGs se
alcanzan hasta 12000 A)
Corriente asignada de excitación 3 hasta 40 A
Es posible un funcionamiento con 6 y 12 impulsos
Es posible una corriente de excitación superior a 40A mediante un aparato 6RA70/1 cuadrante
independiente
Un amplio intervalo de tensiones de entrada admisibles y un software flexible permiten utilizar los aparatos
también para áreas de aplicación especiales.
Aplicaciones especiales
•
•
•
•
•
Alimentación de la excitación de grandes generadores
Alimentación de imanes elevadores
Alimentación de buses de corriente continua controlados en regulación
Carga de bloques de baterías
Alimentación del circuito intermedio de grandes instalaciones de convertidores tipo PWM
Para diseño y configuración de sistemas con convertidores 6RA70 se utiliza el catálogo DA21⋅1998. El
siguiente documento de aplicación permitirá dar respuesta a preguntas adicionales sobre diseño y
configuración y sobre las características de los aparatos.
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SIMOREG DC Master
Siemens AG
Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
02.02
2
Edición 03
El diseño y la configuración
Las fórmulas empleadas, en parte, representan aproximaciones, lo cual, en la práctica real, en la mayoría de
los casos es suficiente para una rápida determinación de las magnitudes.
2.1
Motor de corriente continua
El diseño y la configuración se inician con el dimensionamiento del motor de corriente continua según el
catálogo DA12. En función de la red de alimentación y del modo de funcionamiento 1Q / 4Q (funcionamiento
en un cuadrante/cuatro cuadrantes) se obtiene la tensión asignada de inducido del motor que permite
continuar el dimensionamiento del circuito de inducido.
Tensión asignada de
inducido motor
Red alimentación
50/60 Hz
Circuito convertidor
Modo
funcionamiento
420 V
3AC 400 V
(B6)A(B6)C
4Q
470 V
3AC 400 V
B6C
1Q
520 V
3AC 500 V
(B6)A(B6)C
4Q
600 V
3AC 500 V
B6C
1Q
720 V
3AC 690 V
(B6)A(B6)C
4Q
810 V
3AC 690 V
B6C
1Q
A tensiones de red de 415 / 440 / 460 / 480 V se elige el circuito de inducido adecuado inmediato siguiente.
La adaptación de precisión de la velocidad de giro puede realizarse mediante la excitación del motor. En el
caso de existir desviaciones importantes entre la tensión asignada del motor y la tensión de salida del
convertidor, rogamos consultar al fabricante del motor.
Nota: si se trata de motores SIEMENS, hasta el tamaño constructivo 136 la tensión nominal admisible de la
red alimentadora puede ser de como máximo 440 V.
En el capítulo siguiente se incluye un ejemplo de cálculo.
Como tensión asignada para la excitación del motor se recomienda 310 V. Dado que los aparatos 6RA70
disponen de un equipo de excitación integrado con regulación, es posible también un debilitamiento del
campo en función de la velocidad de giro. En la zona de debilitamiento de campo, el motor trabaja a potencia
constante, disminuyendo el par a medida que aumenta la velocidad de giro.
La relación entre la potencia asignada y el par se deriva de la siguiente ecuación:
M = (9549 * PN) / n
M: Par del motor [Nm], PN: Potencia asignada del motor [kW], n: Velocidad de giro del motor [min ].
Para velocidades de giro hasta la velocidad de giro asignada (zona de regulación del inducido), se considera
como par el par asignado del motor. Respetar el límite de sobrecarga del motor según DA12.
-1
Con frecuencia también es necesario retroequipar instalaciones existentes con motores antiguos
incorporando a las mismas convertidores modernos.
¿Qué se ha de tener presente en este aspecto?
a) Dado que los motores antiguos, en la mayoría de los casos, se construyeron también con un cierto
margen de seguridad, en la alimentación con convertidor de 6 impulsos, en la mayoría de los casos no
es preciso instalar una reactancia filtro en el circuito de corriente continua.
b) Para los nuevos motores SIEMENS modernos, en procesos dinámicos se admiten velocidades de
variación de la corriente de hasta 200 IN/s. En el caso de motores antiguos debe procederse con mayor
suavidad. Para ello, en el SIMOREG 6RA70 se activa el integrador de consigna de corriente.
Propuesta de parametrización: configurar el parámetro P157 = 1, P158 = 0.040.
c) Y si la tensión nominal del motor es claramente inferior, p. ej., se sitúa en torno a 160 ó 220 V y se desea
utilizar el motor conectado directamente a través de un convertidor a la red de 400 V, se ha proceder con
cuidado.
Pese a que la media de la tensión de salida en el SIMOREG puede controlarse en regulación entre cero
y la tensión de salida asignada, como tensión pico se produce el valor eficaz de la tensión de red
multiplicado por la raíz cuadrada de dos y, en una red de 400 V, esto supone nada más y nada menos
que 565 V. La cuestión de si este valor es admisible para el colector puede plantearse al fabricante del
motor. En caso de duda, coloque un transformador adaptador en la entrada SIMOREG. El cálculo
correspondiente se incluye en los capítulos siguientes.
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SIMOREG DC Master
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
Edición 03
02.02
ATENCION
Si se utilizan motores SIEMENS con excitación por imanes permanentes del modelo 1HU., es preciso
anteponer al convertidor un transformador adaptador en función de la tensión asignada de inducido de
los motores (valor orientativo de la tensión de secundario: Usec = Uinducido * 0,98).
Las características de los motores SIEMENS son:
-
Alta densidad de potencia en construcción compacta
Alta seguridad funcional y disponibilidad: Vida útil de las escobillas de hasta 15000 horas
Alta dinámica: Tiempos de activación de la regulación de par inferiores a 10 ms en el caso de
funcionamiento con SIMOREG
Elevados pares límite dinámicos para unos tiempos de inversión de maniobra cortísimos
-1
Excelente concentricidad: ondulación del par inferior a 1% a 50/min
Concepción de diagnóstico apta para bus, permitiendo un cómodo mantenimiento conjuntamente con el
6RA70
Sistema modular para adaptación a las exigencias del cliente
2.2
Convertidor 6RA70 SIMOREG DC-MASTER
El SIMOREG es un convertidor con conmutación natural, lo cual exige la presencia de una tensión de red
para la conmutación de la corriente, no siendo posible mantener el flujo de corriente si falla la tensión de red
(p., ej., en el caso de una breve interrupción).
En aparatos de funcionamiento en cuatro cuadrantes y con regeneración, si falla la tensión de alimentación o
bien si existe una fuerte subtensión de red puede llegar a actuar una protección (Pérdida de estabilidad del
inverter). Se trata de un efecto físico del circuito convertidor que no puede evitar el sistema de regulación. La
alimentación se realiza con corriente alterna (para el circuito de excitación) / corriente trifásica (para el
circuito de inducido), no siendo posible utilizar la etapa de potencia acoplada a una red de corriente continua.
El SIMOREG 6RA70 admite sobrecargas de breve duración de hasta 1,8 veces la corriente asignada
siempre que el aparato se haya utilizado con una corriente de carga base inferior a la corriente asignada del
aparato. Si el aparato se utiliza durante un período prolongado a la corriente asignada no es posible una
sobrecarga. Para ello, en el aparato se calcula el estado térmico de los tiristores para garantizar una
protección de los semiconductores de potencia. Si se alcanzan los límites térmicos en el caso de
sobrecarga, opcionalmente puede producirse una reducción automática a la corriente asignada del aparato o
una desconexión con mensaje de error. La configuración de la sobrecarga se realiza con el catálogo DA21 o
bien con las instrucciones de empleo.
Banda de tensión nominal admisible de la tensión de alimentación
La banda de la tensión de entrada admisible depende de la tensión asignada de conexión del aparato
6RA70. Para tensiones de red de 480V/500V/575V se utilizan aparatos con una tensión asignada de
conexión de 575 V. Para una pequeña tensión de entrada de 15 hasta 85 V está disponible la opción de
hardware L04.
Tensión asignada de conexión 6RA70
Banda de tensión nominal de red alimentadora
Circuito de inducido 400V
3AC 85 - 415 V
Circuito de inducido 400/460/575 V con opción L04
3AC 15 - 85 V
Circuito de inducido 460 V
3AC 85 – 460 V
Circuito de inducido 575 V
3AC 85 – 575 V
Circuito de inducido 690 V
3AC 130 – 690 V
Circuito de excitación
2AC 85 – 460 V
PRECAUCION
En funcionamiento a 4 cuadrantes con realimentación a la red, la tensión de red debe ser siempre
superior a la tensión de motor/1,17, ya que, de lo contrario, puede producirse la pérdida de estabilidad del
inverter con actuación de alguna protección.
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SIMOREG DC Master
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
02.02
Edición 03
Tensión continua de salida en el SIMOREG
La tensión asignada de salida indicada en las características técnicas es válida para la tensión asignada de
conexión menos el 5%. Por consiguiente, en el cálculo ya se ha incluido una cierta reserva para abarcar las
sobretensiones ordinarias de la red alimentadora.
Es posible realizar un cálculo más exacto de la tensión de salida en base a la siguiente fórmula.
Circuito de inducido:
Circuito de 4 cuadrantes (B6)A(B6)C:
Circuito de 1 cuadrante B6C:
UDC-Salida = USIMOREGCon * 1,35 * cos 30° = USIMOREGCon * 1,17
UDC-Salida = USIMOREGCon* 1,35 * cos 5° = USIMOREGCon * 1,34
Circuito de excitación:
Circuito B2HZ:
UDC-Salida = USIMOREGCon * 0,9
Para tensiones asignadas de excitación entre 180 y 340 V (normalmente 310 V) se ha previsto una tensión
de alimentación del convertidor de 400 V (excepción en motores más antiguos) y para una tensión asignada
inferior del sistema de excitación del motor se recomienda colocar un transformador adaptador en el lado de
alimentación.
Nota: Como USIMOREGCon se utiliza la tensión de red menos la caída de tensión de la reactancia de
conmutación (normalmente 4% de la tensión de red).
UDC-Salida : Tensión de salida calculada en el SIMOREG.
Si se utiliza un transformador-adaptador, debe calcularse un cierto porcentaje como reserva de tensión.
Ejemplo de cálculo:
Datos del sistema: tensión nominal de red 415 V, caída de tensión en la reactancia de conmutación 16 V
Funcionamiento en 4 cuadrantes,
USIMOREGCon = 415 - 16 = 399 V
UDC-Salida = 399 * 1,17 =467 V
Como circuito de inducido para el motor puede seleccionarse el circuito correspondiente con 470 V.
Para disponer también de reserva en el caso de subtensión, se recomienda introducir como tensión
asignada de motor 440 V (en el parámetro P101).
La velocidad de giro del motor a 440 V referida a 470 V puede convertirse linealmente (la velocidad de giro
en la zona de regulación de inducido es proporcional a la tensión del motor). La velocidad de giro asignada
puede lograrse mediante un ligero debilitamiento de campo.
En el cálculo se ha incluido una reserva en concepto de: subtensiones ordinarias en la red, subtensiones
como consecuencia de otros consumidores, caída de tensión en cables, aumento de la caída de tensión I*R
en el motor a las corrientes de aceleración.
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
Edición 03
02.02
Potencias de pérdidas en el SIMOREG
Pérdidas independientes de la potencia
Alimentación eléctrica
Aprox. 200 W
Ventilador del aparato
Aprox. 750 W en aparatos de 400 hasta 850 A
Aprox. 570 W a > 850 A
Pérdidas en función de la potencia
Circuito de inducido
3 V multiplicado por la corriente de inducido
Circuito de excitación
3 V multiplicado por la corriente de excitación
Pérdidas totales
Total de todas las pérdidas arriba señaladas
Potencia integrada: tensión continua multiplicada por corriente continua del inducido
Potencia absorbida: Potencia entregada más pérdidas
Rendimiento: Potencia entregada dividido entre potencia absorbida.
2.3
Transformador de convertidor
El cálculo de la potencia aparente del transformador de convertidor para el circuito de inducido se realiza en
base a la siguiente fórmula:
S = 1,35 * URed secundario * Corriente continua* 1,05
Para el circuito de excitación
S = URed secundario * Corriente continua
2.4
Reactancia de conmutación
Para limitar los microcortes de conmutación en la tensión de red se requieren siempre inductividades en el
lado de red de los convertidores SIMOREG K. Por este motivo, deben conectarse reactancias de
conmutación aguas arriba de los mismos. La caída de tensión inductiva necesaria, al igual que la tensión de
cortocircuito del transformador, puede referirse a la tensión de red e indicarse como caída de tensión
relativa.
El valor mínimo de la tensión de cortocircuito del transformador o bien de la caída de tensión relativa de la
reactancia de conmutación debe ascender al 4% para tener presentes los microcortes de conmutación
máximos admisibles en la red alimentadora de modo que con una proporción de potencia de conexión del
convertidor a potencia de cortocircuito de la red del 1% no se rebasen los microcortes de conmutación del
20% según VDE 0160. Esto supone además que en redes no muy estables, en su caso, debe aumentarse la
inductividad de la reactancia de conmutación (p. ej., dos reactancias en serie).
S
~
Red
X
N
k
X
t
Convertidor
Lugar montaje
convertidor
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
02.02
Edición 03
XN : Reactancia de red, Xt : Reactancia transformador, Un : Tensión nominal de red
Sk : Potencia de cortocircuito de la red en el lugar en que está ubicado el convertidor
Ps : Potencia instalada del convertidor
Caída de tensión en la red alimentadora en el punto Sk:
∆U / Un = XN / (XN + Xt) soll ≤ 0,2
∆U / Un = 1 / (1 + uk * Sk / Ps)
uk es la tensión de cortocircuito relativa del transformador de convertidor o bien de la reactancia de
conmutación (normalmente 0,04 = 4%).
Una red pude calificarse de sólida cuando Ps / Sk ≤ 0,01. En una red sólida utilizar reactancias del 4%.
Cuándo puede renunciarse a la reactancia de conmutación: Cuando se utilice un convertidor acoplado a un
transformador de convertidor (como única carga) con una uk ≥ 4%. Los autotransformadores poseen una uk
inferior y, por tanto, cuando se utilice este tipo de transformador, en la mayoría de los casos, se requiere una
reactancia de conmutación.
Cuándo debe utilizarse siempre una reactancia de conmutación: si se acoplan varios convertidores a un
transformador, para cada aparato deben preverse reactancias de conmutación independientes.
Si las reactancias de conmutación se seleccionan conforme al catálogo DA93.1, puede procederse de la
siguiente manera:
Dado que tanto el motor como también la reactancia de conmutación pueden sobrecargarse durante un
breve tiempo, el dimensionamiento de la corriente de la reactancia en el circuito de inducido se realiza a la
corriente asignada del motor. La corriente asignada de la reactancia trifásica es la corriente asignada del
motor multiplicada por 0,82. A partir de la tabla se selecciona el modelo adecuado para una reactancia del
80%.
La reactancia para el circuito de la intensidad de excitación se dimensiona a la corriente asignada de la
excitación del motor (reactancia monofásica).
Nota: A una frecuencia de red de 60 Hz, dimensionar la reactancia un 10% superior.
2.5
Contactor general
La utilización de un contactor general no está especificada obligatoriamente (depende de la aplicación).
Cuando se utiliza el contacto de relé, borne 109/110, del aparato SIMOREG para la excitación del contactor
general asegurar que en funcionamiento normal el contactor general sin corriente se conecta y desconecta.
Sin embargo, en el caso de fallo pueden producirse sobreintensidades con componentes de continua.
2.6
Interruptores de protección
En el esquema sinóptico del convertidor SIMOREG se han incluido interruptores de protección para la
alimentación eléctrica de la electrónica y para el sistema de excitación.
Éstos se dimensionan para protección de cables. Como alternativa, puede lograrse la protección de cables
con otras medidas.
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SIMOREG DC Master
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Edición 03
2.7
02.02
Fusibles de protección de semiconductores
Para protección de los tiristores se han prescrito fusibles de protección de los semiconductores (véase
Catálogo DA21 o bien las instrucciones de servicio).
PRECAUCION
Los daños sufridos por el aparato como consecuencia de la utilización de fusibles no permitidos no están
cubiertos por garantía.
Los fusibles de protección de semiconductores prescritos no son adecuados para la protección de
cables.
Excepción: el modelo 3NE1 es adecuado también para la protección de cables. Además de la
protección de semiconductores deben adoptarse medidas para la protección de cables, p. ej., mediante
fusibles de protección de cables.
Los siguientes fusibles de protección de semiconductores son adecuados también para la protección de
cables en las siguientes condiciones:
Modelo:
Fusible protector de
semiconductores
El cable debe dimensionarse para
la siguiente corriente mínima
5SD420
15 A
5SD440
22 A
5SD480
26 A
3NE8015
27 A
3NE8003
36 A
3NE4102
36 A
2.8
Cables
Los cables de motor se han dimensionado para corriente continua. En el circuito de alimentación del circuito
de inducido circula la corriente del motor multiplicada por 0,82.
En la alimentación del sistema de excitación, la corriente continua es igual a la corriente de alimentación.
Conductor de protección: el conductor de protección debe dimensionarse para una corriente igual a la
corriente de alimentación multiplicada por la raíz de 3 para el caso de avería.
Si se utiliza un dispositivo de vigilancia de cortocircuitos o fugas a tierra, puede reducirse la sección del
conductor de protección.
Nota: No está permitido utilizar interruptores de protección diferenciales (FI) acoplados al SIMOREG.
2.9
Filtro supresor de interferencias radiofónicas
Si se exige el cumplimiento de la norma EN55011 clase A1, siempre se requieren reactancias de
conmutación y filtros supresores de interferencias radiofónicas. El dimensionamiento del filtro supresor de
interferencias radiofónicas tomando como base la corriente se realiza igual que en la reactancia de
conmutación. En una red de 400 V puede alimentarse a varios aparatos consumidores (circuito de inducido,
circuito de excitación, alimentación eléctrica) a través de un mismo filtro. Para tal fin, para el
dimensionamiento del filtro se calcula la corriente total de todos los consumidores.
En las instrucciones de empleo o bien en el catálogo DA21 se incluyen indicaciones adicionales.
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02.02
2.10
Edición 03
Coseno de PHI
Dado que el SIMOREG K es un rectificador controlado, en éste se produce potencia reactiva de mando y
potencia reactiva de conmutación. El cosϕ para el circuito de inducido, en función de la velocidad de giro del
motor, puede oscilar entre 0 y aprox. 0,9. Dado que en los circuitos del convertidor no existen corrientes
senoidales, la determinación de las potencias es algo más compleja.
Con una corriente continua totalmente filtrada, para las potencias de onda fundamental se cumplen las
siguientes fórmulas:
S1 = Udi * Id, P = P1 = Udi * Id * cosα, Q1 = Udi * Id * senα. cosϕ1 = cosα.
La potencia reactiva es siempre inductiva.
Para la práctica real, el cosϕ puede determinarse de manera aproximada en base a la siguiente ecuación:
cosϕ ≅ Ud / Udi = UMotor / (1,35 *URed)
Ejemplo de cálculo:
Se tiene:
-1
Motor 1GG6164-0JF40-6WV5, tensión asignada de inducido 470 V, velocidad de giro asignada 1800 min ,
corriente asignada 171 A, tensión de red 400 V
a) A la velocidad de giro asignada:
cosϕ ≅ 470 / (1,35 * 400) = 0,87
-1
b) A 900 / min :
En la zona de regulación de inducido, la velocidad de giro y la tensión del motor son proporcionales, a la
mitad de la velocidad de giro corresponde la mitad de la tensión de motor.
cosϕ ≅ (470 / 2) / (1,35 * 400) = 0,44
-1
c) A 2500 min
El motor se encuentra en la zona de debilitamiento de campo y la tensión continua es constante (tensión
asignada de motor). Cálculo como en a).
2.11
Armónicos en la red
Se originan armónicos debido a que el convertidor provoca perturbaciones en la red con bloques de corriente
más o menos rectangulares. La descomposición de la corriente de la red en sus componentes de distintas
frecuencias da origen al primer armónico y a los armónicos de orden superior.
En las instrucciones de servicio del convertidor o bien en el catálogo DA21 se indica un ejemplo de cálculo.
Si se conocen con mayor exactitud los datos de red y los datos de motor (potencia de cortocircuito de red,
características de la reactancia de conmutación, inductividad y resistencia del motor, características del
transformador y punto de trabajo del motor) puede llevarse a cabo un cálculo de los armónicos de orden
superior en la red.
En sistemas de convertidor complejos, la medición de los armónicos se realiza en dirección hacia su destino.
2.12
Sistema de compensación
Todos los convertidores estáticos producen perturbaciones en la red. La prevención de acciones supresoras
de interferencias en la red es misión del usuario de la red. Para un cálculo de la red debe conocerse la
topología de la misma y su posible variación. Un equipamiento descontrolado de circuitos filtro en las redes,
concretamente con sistemas de compensación sin reactancias, en la mayoría de los casos no aportará
ninguna mejora y, en determinadas circunstancias, aumentará la sensibilidad de las redes a la resonancia.
En el cálculo de las corrientes de armónicos superiores no puede partirse simplemente de la suma de
corrientes de armónicos superiores de los distintos convertidores (son inferiores a la suma). En la práctica
real, en sistemas complejos se recurre a una medición de las corrientes de armónicos superiores. Para
excluir problemas de responsabilidad civil, el fabricante de los convertidores debe avisar al usuario de la red
de que existen corrientes provocadas por armónicos superiores.
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
Edición 03
3
02.02
Pequeño ABC del hardware
Entradas
Salidas
210
P24_S
1)
S_IMP
Rx+/Tx+
BA
211
Entradas bin.
programables
212
T/R
Rx-/TxRx+/Tx+
213
BA
214
215
Rx-/Tx-
BA
204
Temp.
motor
Clk
M
X161
KTY84 / PTC
8
9
Rx+/Tx+
BA
Rx-/Tx-
X166
Tx+
61
Tx-
62
+ Rx+/Tx+
63
Rx-/Tx-
64
X164
205
#
BA
X164
M
#
M
#
RS485
M
BA
M
X162
10
11
A
45
P24_S
D
1)
A
M
X164
M
40
41
Entradas bin.
programables
M
X163
CUD2 (opcional)
1
10k
2
3
CUD1
M
51
52
M
X163
53
Tx+
56
Tx-
57
+
Rx+/Tx+
58
Rx-/Tx-
59
P24
C98043-A7006
X110 / X111
X110 / X111
P10 ± 1% / 10 mA
BA
N10 ± 1% / 10 mA
U/I
5
#
M
RS485 BA
M
X172
6
U/I
7
M
34
35
D
#
23
P24_S
M
Regulación,
mando de
inducido
y excitación
1)
A
M
X175
M
M
P15
200mA max.
28
&
COMP
X>Y
29
Taco analóg. #
Conmut.
5/15V
=
26
M
54
X171
Corriente
inducido
∼
X171
>
M
P24
39
Pista 1
47
48
38
27
17
46
M
37
Aliment.
15
16
D
36
Conexión/
parada
liberación
servicio
13
14
A
M
X174
60
12
I-ist
#
22
24
21
M
4
KTY84 / PTC
19
20
50
42
43
Consignaprincipal
65
18
D
M
44
Interface
paralela
(2x)
Rx-/Tx-
216
217
X165
Rx+/Tx+
R/T
RS232 / RS485 zu X300
X109
30
Pista 2
>
COMP
X>Y
31
32
Imp. orig.
>
COMP
X>Y
33
X107
X173
C98043-A7001
Tarjetas TB Y CB
CUD1: Electrónica con microprocesador: Una variante para toda la serie
CUD2: Opción de módulo de ampliación de bornes
12-20
SIMOREG DC Master
Siemens AG
Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
02.02
3.1
Edición 03
La electrónica con microprocesador
Un sistema de dos procesadores basado en el potente microcontrolador de la familia C166 de SIEMENS,
trabajando a una frecuencia de 48 MHz, constituye el núcleo del sistema de regulación. Un C163 está
sincronizado o bien acoplado con un C167 a través de una RAM Dual Port. Se trata de potentes
microcontroladores cuyo juego de instrucciones ha sido optimizado para una reacción rápida a incidencias
externas. Se han implementado en un mismo chip, además del microprocesador, circuitos periféricos
“inteligentes“ para aumentar la flexibilidad de toda la unidad de control.
Un controlador de la familia C166 está integrado por los siguientes bloques funcionales: un potente
microprocesador, un sistema de interrupción totalmente programable, canales de entrada/salida de
aplicación universal y circuitos periféricos inteligentes que funcionan uno independiente del otro.
Las principales características del C163 o bien C167:
• Ciclo de ejecución de instrucciones de 83 ns con una frecuencia interna de 24 MHz, multiplicación o bien
división de 16 bits en incrementos de 0,416 o bien 0,83 µs
• La mayoría de instrucciones se ejecutan dentro de un solo ciclo,
• Potentes funciones de manipulación de bits, instrucciones para bifurcación entre programas para
bifurcación entre programas
• Control flexible del bus mediante propiedades programables que dependen de la dirección
• ¡Convertidor analógico/digital de 10 bits de 16 canales (-> ¡sólo C167!)
• Cinco temporizadores/contadores de 16 bits con circuito para captación de tiempo y comparación
• Elevada seguridad del sistema gracias a un watchdog
• Dos interfaces serie integradas
Un módulo ASIC (módulo diseñado específicamente para el cliente) soporta al microcontrolador para:
• 4 canales para conversión A/D de alta resolución con 14 bits más signo
• Análisis con generador de impulsos con dos canales y marca de cero para una frecuencia de impulsos de
hasta 300kHz
3.1.1
Entradas/salidas analógicas
• Valor real de velocidad de giro con 14 bits más signo, tiempo de conversión 1,15 ms
• 2 entradas analógicas a través de amplificador diferencial con 14 bits más signo.
La resolución para la consigna principal (borne 4/5) puede configurarse mediante P707:
11 bits más signo, tiempo de medición 0,53 ms
12 bits más signo, tiempo de medición 0,95 ms
13 bits más signo, tiempo de medición 1,81 ms
14 bits más signo, tiempo de medición 3,51 ms
• 2 entradas analógicas de 10 bits más signo
• 4 salidas analógicas de 11 bits más signo
• una salida en tiempo real analógica directa para el valor real de corriente, p. ej., para la conexión a un
registrador
3.1.2
Entrada de generador de impulsos
Se recomiendan generadores de impulsos con dos canales desfasados 90° (en funcionamiento en un
cuadrante es posible también un solo canal, cuya selección se realiza mediante P140). Se recomienda una
marca de cero si se desea un valor real de posición (contador de hardware 24 bits, conector K0043 palabra
de mayor peso, K0042 palabra de menor peso, K0044 cantidad de marcas de cero).
La captación se realiza mediante un amplificador diferencial (atención: conectar también el terminal negativo
a masa o al canal transversal).
En generadores de impulsos HTL, la alimentación de tensión puede realizarse desde el SIMOREG. Los
generadores de impulsos de 5V (TTL) requieren una alimentación eléctrica independiente. La banda de
tensión de entrada puede seleccionarse mediante el parámetro P142.
Se recomiendan 1024 impulsos por vuelta o más. El tiempo de medición del análisis puede elegirse entre 1
hasta 4 ms. En el caso de tiempo de medición superior: mejor concentricidad de rotación a bajas
revoluciones.
La velocidad de giro más baja medible con un generador de impulsos depende del número de incrementos
del generador de impulsos:
nmín [rpm] = 14648 / (X * Número de incrementos)
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SIMOREG DC Master
13-20
Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
Edición 03
02.02
La velocidad de giro máxima medible con un generador de impulsos es:
nmáx [rpm] = 18 000 000 / Número de incrementos
X = 1 ó 2 ó 4 para procesamiento sencillo, doble o cuádruple.
En función de la velocidad de giro mínima/máxima deseada se determina el número de incrementos
(número de impulsos del generador de impulsos) del generador de impulsos (en la mayoría de los casos,
resultan adecuados 1024 por vuelta).
3.1.3
Interfaces serie
El aparato base SIMOREG dispone de dos interfaces serie. En el módulo de ampliación de bornes CUD2 se
encuentra una tercera interface serie.
En el panel de control del convertidor está situado el conector X300 bien con una interface RS232 o con una
interface RS485 para el protocolo USS. La interface RS232 permite realizar un acoplamiento punto a punto
para su conexión a un PC. Por otro lado, en la mayoría de los casos, se ejecuta una puesta en servicio
asistida por menú con SIMOVIS. La interface RS485 es adecuada para un acoplamiento de los aparatos vía
bus al sistema de automatización o a un PC (en el PC se requiere un módulo convertidor) o para la conexión
a un terminal de operador OP1S.
Velocidades de transferencia máximas: 19,2 kBd para RS232 y 187,5 kBd para RS485.
En el CUD1 y en el CUD2 existen sendas interfaces RS485 (cuatro hilos o dos hilos). Éstas pueden
emplearse para el protocolo USS o para el protocolo Peer To Peer.
3.1.4
Interface de motor
Las opciones de la interface de motor en el CUD2 se describen en el catálogo DA21.
3.1.5
Módulos auxiliares
La tarjeta tecnológica T400 y la tarjeta de interface CBP se acoplan mediante una RAM de doble puerto.
Para más información, véase el catálogo DA21.
14-20
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
02.02
3.2
Edición 03
Adquisición de valores medidos en el SIMOREG DC Master 6RA70
5U1
5W1
1U1 1V1 1W1
3U1 3W1
1)
2)
=
~
3)
=
6)
9)
~
8)
10)
5)
4)
7)
~
~
~
~
~
~
11)
12)
A)
=
=
13)
16)
15)
f
u
Interface con
electrónica con
microprocesador
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F)
14)
3D 3C
Excitación
1C1 1D1
Inducido
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
Edición 03
02.02
5U1/5W1: Conexión de la alimentación eléctrica de la electrónica, fase cualquiera
3U1/3W1: Alimentación para circuito de excitación, fase cualquiera
1U1/1V1/1W1: Alimentación de circuito de inducido, campo rotativo cualquiera
3C/3D: Conexión para el sistema de excitación del motor
1C1/1D1: Conexión para el circuito de inducido del motor
A) Etapa de potencia del circuito de inducido, circuito B6C para 1 cuadrante, circuito (B6)A(B6)C para 4
cuadrantes
B) Etapa de potencia para sistema de excitación, circuito B2HZ
1)
2)
3)
Fusible de la alimentación eléctrica, 1A, semilento, Nº pedido 6RY1702-0BA00
Fuente de alimentación conmutada con aislamiento de potencial
Tensiones de corriente continua: P5, P15, P24, N15
4)
Transformador de corriente alterna en fase U/W para medición de la corriente de inducido y aislamiento
de potencial
Resistencias de carga para transformadores de corriente con una intensidad de carga máx. de 1V para
la corriente asignada. La adaptación de precisión de la corriente nominal del aparato se realiza mediante
el software sin pérdidas de resolución.
La adaptación de la carga se realiza en incrementos del 10% mediante el parámetro P76.
5)
6)
Para la rectificación electrónica del valor real de la corriente en el módulo electrónico, resolución 10 bits
para la corriente asignada.
7)
8)
9)
Medición de tensión de alta impedancia mediante amplificador diferencial en el circuito de inducido.
Simulación de la tercera fase
Para el convertidor A/D, medición de la tensión y sincronización trifásica
10) Medición de la tensión de alta impedancia para sincronización en el circuito de excitación mediante
amplificador diferencial y evaluación mediante transformador A/D.
11) Aislamiento de potencial para los impulsos de encendido hacia el circuito de inducido a través de
transformador de impulsos.
12) Amplificador diferencial de alta impedancia para la medición de la tensión de inducido, para
funcionamiento sin tacómetro por regulación en base a la f.e.m.
13) Aislamiento de potencial para los impulsos de encendido hacia el circuito de excitación mediante
transformador de impulsos.
14) Resistencia Shunt para medición de la corriente de excitación. La adaptación de la resistencia óptica
aparente se realiza mediante el parámetro P76 en incrementos del 10%.
15) Conversión de tensión/frecuencia para adquisición de valores medidos.
16) Repetidor para la frecuencia de medición para aislamiento de potencial.
16-20
SIMOREG DC Master
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02.02
4
Edición 03
El software: Adaptación flexible
El software presenta estructura modular y dispone de opciones de libre combinación mediante los
parámetros. Los módulos de software disponibles se describen en el catálogo DA21 y en las instrucciones
de servicio del SIMOREG.
Los binectores y los conectores aseguran una libre combinación de los módulos de software.
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
Edición 03
5
02.02
Variables características de regulación
El sistema de regulación realiza una regulación automática de la velocidad de giro con regulación de
corriente subordinado.
5.1
Regulación de corriente
Para lograr una dinámica elevada, el regulador de corriente PI tiene conectado en paralelo un circuito de
control anticipativo. El control anticipativo calcula a partir de la f.e.m. y de la consigna de corriente el ángulo
de control necesario y actúa como canal rápido paralelo a la regulación de corriente.
El regulador de corriente actúa con su característica PI para procesos más lentos.
El tiempo de inicio de intervención de la regulación de corriente es de aprox. 6,6 ms. Estadísticamente puede
producirse un tiempo muerto adicional de 3,3 ms a 50 Hz. La frecuencia límite para e la regulación de
corriente es de 47,5 Hz.
5.2
Regulación de velocidad de giro
El regulador de velocidad de giro es un regulador PI con componente D en el canal del valor real.
El tiempo de inicio de la regulación es de 25 ms y la frecuencia límite para el regulador de velocidad de giro
es 24 Hz.
5.3
Optimizaciones automáticas sirven de ayuda para la puesta en servicio.
La selección de la optimización se realiza mediante el parámetro P051.
P051 = 22 Compensaciones internas de offset (desviación)
P051 = 25 Control anticipativo y regulador de corriente (inducido y circuito de excitación)
P051 = 26 Regulador de velocidad de giro
P051 = 27 Control de debilitamiento de campo en regulación (característica de excitación y regulador de
f.e.m.)
P051 = 28 Compensación de momento de fricción y momento de inercia.
La optimización de los reguladores se realiza en base a los siguientes criterios:
Regulación de corriente de inducido en base al óptimo de magnitud absoluta.
Regulador de corriente de excitación en base al óptimo simétrico.
Regulador de velocidad de giro en base al óptimo simétrico.
Regulador de f.e.m. en base al óptimo simétrico.
La regulación de corriente debe optimizarse siempre automáticamente, no siendo necesaria una adaptación
manual.
El regulador de velocidad de giro debe reoptimizarse manualmente en los siguientes casos:
Juegos elevados entre dientes de reductor
Accionamientos por correa con momentos de inercia elevados
Mecánica que soporta vibraciones
Procesos que no permiten una dinámica elevada.
5.4
Ciclos de cálculo
Entre dos impulsos de encendido, es decir 3,3 ms a 50 Hz, se calculan las siguientes funciones:
Control en regulación de corriente de inducido, control en regulación de velocidad de giro, regulador de
tecnología, potenciómetro de motor, generación de consignas, generación de rampas, entradas analógicas,
salidas analógicas, salidas binarias, interfaces.
En 6,6 ms a 50 Hz:
Entradas binarias
En 10 ms a 50 Hz:
Regulación de f.e.m. y de corriente de excitación
A 60 Hz, los ciclos de cálculo son un 20% más cortos.
La parametrización se realiza en un ciclo de 20 ms.
18-20
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Aplicación: Consejos sobre configuración, hardware/software y sobre regulación
Edición 03
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Elektronikwerk Wien
Postfach 83, A-1211 Wien
Siemens Aktiengesellschaft
02.02
© Siemens AG, 2000
Sujeto a modificaciones sin previo aviso
SIMOREG DC Master Aplicación:
Consejos sobre la configuración, hardware/software y
sobre el control en lazo cerrado
Impreso en Austria