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VARIADORES DE FRECUENCIA

VARIADORES DE FRECUENCIA

Los variadores de frecuencia son aquellos equipos que se basan en el principio de modificación de velocidad a través de la variación de frecuencia, pueden ser programados para cambiar la velocidad en un proceso de manera controlada sin causar disturbios en la red de alimentación.

COMPONENTES INTERNOS

VARIADORES DE FRECUENCIA

GRADO DE PROTECCION DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA

VARIADORES DE GAMA BAJA

VARIADORES DE GAMA MEDIA

VARIADORES DE GAMA ALTA

VARIADORES DE GAMA BAJA

NO INCORPORAN FILTROS. GRADO DE PROTECCION IP00 o IP21. TEMPERATURA DE TRABAJO 40º C. DISPONE DE MENOS 4 ENTRADAS DIGITALES Y MENOS 2 SALIDAS DIGITALES. NO INCORPORA COMUNICACIÓN SERIE.

VARIADORES DE GAMA MEDIA

LOS FITROS SON OPCIONALES GRADO DE PROTECCION IP21 TEMPERATURA DE TRABAJO 40º C.

INCORPORA COMUNICACIÓN SERIE PERO DISPONE POCOS PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN DISPONE ENTRE 4 y 7 ENTRADAS Y 2 o 3 SALIDAS DIGITALES PID INTERNO CONTROL ESCALAR ALGUNOS INCORPORAN MACROS DE APLICACIONES

VARIADORES DE GAMA ALTA EQUIPADOS CON FILTROS A LA ENTRADA BOBINAS DE CHOQUE A LA ENTRADA Y SALIDA GRADO DE PROTECCION IP54

TEMPERATURA DE TRABAJO 50º C. MÍNIMO DE 7 ENTRADAS Y 3 SALIDAS DIGITALES SELECCIÓN DE CONTROL VECTORIAL O CONTROL ESCALAR PLC INCORPORADO PARA DESARROLLAR CON EL PROPIO VARIADOR CUALQUIER APLICACIÓN DESEADA, O CONFIGURAR UN VARIADOR A SU MEDIDA, PODER DISPONER DE TEMPORIZADORES, TANTOS PID COMO REQUIERA LA APLICACIÓN, PUERTAS LÓGICAS, CONTADORES, GENERADORES DE PULSO, OSCILADORES, ETC.

VARIADORES DE FRECUENCIA EN MOTORES DE INDUCCIÓN

• VELOCIDAD SINCRONICA EN MOTORES • ns = 60 x f = 120 x f r.p.m p 2p • TABLA DE VELOCIDADES SINCRONICAS

• DESLIZAMIENTO : s (%) = ns – n ns

x 100

• Ejemplo: ¿Qué deslizamiento tiene un motor de 6 polos, 50Hz, si su velocidad es de 960 rpm? s (%) =

1000 –960 1000

x 100

CRITERIO DE SELECCIÓN

El criterio de selección a seguir para la elección del variador de velocidad teniendo en cuenta una técnica de máximo rendimiento son los siguientes : •Tipos de carga a maniobrar por el convertidor: esta depende si la carga es constante (cinta transportadora, hormigoneras, etc.) o la carga es variable (ventiladores y bombas).

•Peso del equipo a instalar. •Resolución de frecuencia. •Factor de sobrecarga con momento constante (tiempo de duración del mismo). •Frecuencia de entrada. •Temperatura ambiente. •Grado de protección.

•Tensión de entrada . •Intensidad nominal de salida del convertidor con momento constante. •Intensidad nominal de salida del convertidor con momento variable. •Potencia del motor. •Dimensiones del variador. •Si posee o no filtro antiparasitario. •Rango de frecuencias de salida.

Potencia y motor La potencia que puede proporcionar un motor depende del número de revoluciones que éste lleve y a cada velocidad de giro le corresponde una potencia determinada: Esta potencia aumenta a medida que crecen las revoluciones por minuto, y la máxima potencia la alcanzará el motor al máximo número de revoluciones para las que está proyectado

POTENCIA podemos definirla como la cantidad de trabajo que puede efectuar una máquina.

el par motor. Par motor podemos definirlo, pues, como la capacidad que tiene una máquina para realizar un trabajo

PAR CONSTANTE En la industria la mayor parte de las maquinas empleadas funcionan a PAR constante. El par es independiente de la velocidad.

En el arranque existe frecuentemente un sobrepar inicial mas elevado que el par nominal.

Grúas

• P es la potencia (en W) • M es el par motor (en N·m) • ω es la velocidad angular (en rad/s)

PAR CRECIENTE LINEALMENTE CON LA VELOCIDAD Estas maquinas el par varia linealmente con la velocidad La potencia varia con cuadrado de la velocidad

¿POR QUÉ UTILIZAR VARIADORES DE FRECUENCIA PARA CONTROLAR VENTILADORES Y BOMBAS?

1. Ahorro de energía 2. Control Mejorado. 3. Compensación de cos φ.

4. No se requiere un arrancador en estrella/triángulo o arrancador suave

Ahorro de energía Los variadores de frecuencia sacan partido de las leyes de proporcionalidad para lograr la principal ventaja del uso de variadores que es el ahorro de electricidad. Si se compara con sistemas de control y tecnologías alternativos, un variador de frecuencia es el sistema de control de energía óptimo para:

ventiladores

bombas

Ejemplo:

Como muestra la figura de arriba, el caudal se controla cambiando las rpm, al reducir la velocidad sólo un 20% respecto a la velocidad nominal, el caudal también se reduce en un 20%, esto se debe a que el caudal es directamente proporcional a las rpm, sin embargo el consumo eléctrico se reduce en un 50%. Si el sistema en cuestión sólo tiene que suministrar un caudal correspondiente al 100% durante unos días al año, mientras que el promedio es inferior al 80% del caudal nominal para el resto del año, el ahorro de energía es incluso superior al 50%.

Control Mejorado Si se utiliza un variador de frecuencia para controlar el caudal o la presión de un sistema, se obtiene un control mejorado. Un convertidor de frecuencia puede variar la velocidad de un ventilador o una bomba, lo que permite obtener un control variable de caudal y presión. adapta rápidamente la velocidad de un ventilador o de una bomba a las nuevas condiciones de caudal o presión del sistema Control simple del proceso (caudal, nivel o presión) utilizando el controlador PID integrado en el variador de frecuencia.

Compensación de cos φ

En general, un variador de frecuencia con un cos φ igual a 1 proporciona una corrección del factor de potencia para el cos φ del motor. significa que no hay necesidad de considerar el cos φ del motor cuando se dimensiona la unidad de corrección del factor de potencia.

No se requiere un arrancador en estrella/triángulo o arrancador suave

Cuando se necesita arrancar motores relativamente grandes es necesario usar equipos que limitan la tensión de puesta en marcha. En los sistemas tradicionales, se utiliza con frecuencia un arrancador en estrella/triángulo o arrancador suave. Estos arrancadores de motor no se necesitan si se usa un variador de frecuencia ya que nunca consume más corriente que la nominal.

DESCRIBIR LOS COMPONENTES DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA La función principal de variador de frecuencia es ofrecer una velocidad regulable para los varios tipos de cargas conectadas al motor de CA (típicamente, un motor trifásico). Existen varias formas de generar una alimentación de voltaje variable y frecuencia variable. En el pasado, se operaba un alternador a diferentes velocidades con su excitación regulada para obtener el nivel de voltaje deseado. Esta operación se realiza en la actualidad con componentes de estado sólido y control electrónico. Existen varios tipos de variadores ( AC Drives) disponibles en el mercado, dependiendo del tipo de esquema de control utilizado y el tipo de potencia de salida entregada.

Básicamente, cada uno de ellos se divide en cuatro secciones principales . La sección de potencia de CC

La sección de filtros

La sección de potencia de CA

La sección de control

Sección de Potencia de CC En la sección de potencia, el suministro fijo de entrada de CA (ya sea monofásico o trifásico) es convertido en voltaje variable de CC (utilizando rectificadores o SCRS).

Para variadores de baja potencia, se pueden utilizar los SCRs en circuitos de puente rectificador monofásicos, mientras que en la mayoría de los variadores más grande se usa un circuito puente rectificador de onda completa. Configuraciones comunes para convertir CA trifásica en CC.

Convertidor trifásico de media onda

Convertidor trifásico de onda completa

La salida de voltaje CC del convertidor puede regularse al controlarse el ángulo de disparo de los SCRs. En algunos esquemas, cuando solo se necesita una salida de voltaje CC fijo, se utiliza un circuito trifásico de rectificación de onda completa de diodos en lugar de los SCRs, eliminando cualquier requerimiento de control hacia esa sección.

Sección de filtros La salida del convertidor es corriente continua pulsante. La sección de filtros se utiliza para obtener una salida estable sin ondulaciones de corriente.

Este filtro está en una configuración condensador (C) o inductor(L), dependiendo de la cantidad de filtración requerida.

La corriente continua estable obtenida de la sección de filtro es suministrada al inversor.

El Inversor entrega una corriente alterna de frecuencia regulable a un motor trifásico.

El inversor usualmente está compuesto por SCRs ( o transistores, dependiendo de los requerimientos de potencia) que son utilizados como interruptores. Al secuenciar la sección conmutación y la polaridad de la CC

El inversor ofrece en su salida la frecuencia, el voltaje y la secuencia de fase requeridas.

Una de las funciones principales de esta sección es ofrecer señales de disparo a los convertidores SCRs y a los circuitos de conmutación del inversor (ya sean SCRs o transistores). Las señales se envían con el fin de controlar la frecuencia y el voltaje para la velocidad deseada.

En una aplicación típica de transmisión de frecuencia variable, el control del inversor es responsable de variar la frecuencia de la onda de salida, mientras que el convertidor se utiliza para variar la amplitud de la onda de salida.

En los esquemas de control donde la salida del convertidor es fija, el control del inversor varia tanto la frecuencia de la onda como los cambios en magnitud.

La velocidad del motor de CA depende de la velocidad sincrónica del campo giratorio del estator. Como el rotor siempre corre a una velocidad sincrónica inferior a ésta (debido al deslizamiento), la velocidad del rotor es siempre afectada por cualquier cambio de frecuencia. A fin de mantener la misma relación en la curva torque -velocidad, el flujo del campo del estator deberá mantenerse a un valor constante.

Para lograrlo, la razón de voltaje a frecuencia (V/f) deberá mantenerse constante a medida que cambia la frecuencia.

VARIADORES DE FRECUENCIA APLICACIONES: •

TRANSPORTADORAS

•

BOMBAS Y VENTILADORES CENTRIFUGOS

•

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

•

ASCENSORES

•

CENTRIFUGAS

•

PRENSAS MECANICAS

•

MAQUINAS TEXTILES

•

COMPRESORES DE AIRE

Cálculo del tamaño de gabinete La ecuación para calcular Rth (°C/W), la resistencia térmica máxima permitida del gabinete es: Ti = Temp. ambiente interna máx. (°C) alrededor del variador To = Temp. ambiente externa máx. (°C) alrededor del gabinete P = Potencia total disipada en el gabinete (W)

Rth = Resistencia térmica del gabinete (calculada anteriormente) K = Resistencia térmica por 6,45 cm2 (pulgada cuadrada) del gabinete

El siguiente ejemplo ilustra el cálculo para obtener el tamaño de gabinete para un variador de velocidad ATV28HU72N4U (5 hp) montado en un gabinete tipo 12 o IP54. • Temperatura externa máxima: To = 25 °C • Potencia disipada dentro del gabinete: P = 131 W • Temperatura interna máxima: Ti = 40 °C • Resistencia térmica por 6,45 cm2 (pulgada cuadrada) del gabinete: K = 186 Calcular la resistencia térmica máxima permitida, Rth:

Calcular el área útil mínima de la superficie de intercambio de calor, S:

Calcular el área útil mínima de la superficie de intercambio de calor, S: Area útil de la superficie de intercambio de calor (S) del gabinete propuesto montado en la pared: • Altura: 711 mm (28 pulg) • Anchura: 610 mm (24 pulg) • Profundidad: 305 mm (12 pulg)

Si el gabinete seleccionado no proporciona el área de superficie requerida o no cumple con las necesidades de la aplicación, considere lo siguiente: • Utilice un gabinete más grande. •Agregue una unidad de aire acondicionado al gabinete.