Variadores de Velocidad Nuevo

 

 VARIADORES DE  VELOCIDAD

 

POR QUÉ VELOCIDAD  VARIABLE Para entender por qué es necesario el control 



de velocidad variable, necesitamos primero

entender los requerimientos de los distintos procesos Los procesos se pueden dividir en 2 grandes grupos:  





Procesamiento de material Transporte de material

 Ambos pueden tener la necesidad de ajustarse al proceso. Esto es posible velocidad variable gracias a los sistemas de

 

PROCESOS INDUSTRIALES Industria química 

   

Pulpa y Papel, imprenta  Alimentos y bebidas Harina de pescado Minería

   

Metales Metalmecánica Plásticos Textiles

 

PROCESOS NO INDUSTRIALES 





Plantas de Tratamiento de Agua Sistemas de ventilación y aire acondicionado Lo que tienen en común estas industrias es que requieren algún tipo de control usando variadores de velocidad

 

PROCESAMIENTO DE MATERIAL 

Material de forma definida 



Son manipulados por sierras, máquinas como etc. rodillos laminadores, molinos,

Material de forma indefinida 

Son procesados por equipo de planta como centrífugas, extrusoras, prensas, mezcladoras, etc.

 

TRANSPORTE DE MATERIAL Material Sólido, como contenedores, metales, 

madera, minerales, personas, que son transportados por: Grúas, fajas transportadoras, elevadores Material líquido, como agua, aceite o químicos, transportados por: 







Bombasgaseoso, como aire o gases, Material transportados por: 

 Ventiladores, compresores o sopladores

 

 VOLUMEN VARIABLE En la mayoría de procesos existe al menos una variable que 













requiere un ajuste del proceso Por esto los procesos variables y volumen de material necesitan alguna forma de control Hay muchos parámetros involucrados en un proceso, lo más comunes son entrada, salida y perturbaciones Estos parámetros pueden necesitar mantenerse constante o variarse de acuerdo a un patrón En ciertos procesos no existen perturbaciones y la entrada es constante Si la salida se necesita cambiar, entonces la entrada debe cambiar también, de lo contrario se convierte en perturbación pertur bación también La solución es variar la velocidad para poder pod er cumplir con los requerimientos del proceso

 

METODOS DE CONTROL Un incremento en la capacidad de producción 





requiere una reconstrucción del sistema

completo ydaños ocasionar cada eléctricos control on-off y mecánicos puede Un sistema simple de control on-off consume adicionalmente más energía y durante el ciclo de vida mayor mucho de la inversión el costo operativo es El mejor sistema de control es velocidad variable que se ajuste exactamente a las necesidades del proceso

 

 VARIADORES DE VELOCIDAD Mecánicos: Emplean







sistemas de poleas conicas de paso variable o discos

excéntricos Se utiliza el Hidráulicos: principio de la turbina.  Variando el volumen de aceite a través de válvulas en el acoplamiento se logra una diferencia velocidades entre de el eje motriz y el eje conducido.  Variadores DC: Se controla el voltaje de alimentación al motor DC

 

DISTRIBUCIÓN DE MERCADO

 

Introducción a los Motores Eléctricos

 

Motores C. C.

 

MOTOR DC Está compuesto por el 





estator y el rotor-armadura El estator consiste en un bobinado que origina campo magnético fijo un El rotor-armadura está compuesto por una serie de bobinados que crean un campo magnético conectados a través del conmutador que busca alinearse con el campo del estator produciendose el giro del motor

 

Ea = k.n.I

f 

 – 

Ea ) / ( r a + X La ) Te = k.If .Ia .Ia

Ia = ( Va

P = Va.Ia. Eficiencia Va.Ia.  Eficiencia = Te. Te.n. n. Eficiencia  Eficiencia

 

 VARIADOR DC DC

 

D  VARIADOR DC C El variador DC tiene dos componentes:El convertidor 

 





y el regulador

El convertidor convierte la energía AC en DC Está compuesto básicamente por SCR que rectifican el voltaje AC El regulador es la parte lógica que determina cuánto voltaje corriente es necesario aplicardel al motor Una vezy que se obtiene la orientación campo, el torque del motor DC se controla fácilmente variando la corriente de armadura y manteniendo la corriente de magnetización constante

 

 VARIADOR DC C D La ventaja del variador DC es que la velocidad y el 







torque son controlados directamente por la corriente de armadura Control de torque rápido y preciso (lazo de control interno) Respuesta de velocidad de alta dinámica (lazo de control externo)del campo se lleva a cabo a través del La orientación conmutador y las escobillas (simple elemento mecánico). No se requiere de un control electrónico complejo

 

DC  VARIADOR DC 

Desventajas:  





Baja confiabilidad del motor Mantenimiento constante Motor costoso Necesita un encoder como retroalimentación

 

 VARIADOR DE  VELOCIDAD DE MOTOR C.C.

 

Tipos de frenado: - Regenertivo - dinamico de Corriente de -Inversion  Armadura

 

Frenado Regenerativo Se entiende como el retorno del la energia del motor hacia la de alimentacion AC. La fuente polaridad de la Armadura no cambia pero si la corriente.

 

FRENADO DINAMICO

 

Contactor El contactorDeM Acoplo desacopla la alimentacion del motor y conecta una resistencia de frenado dinámico

 

Inversion de Corriente de  Armadura

 

ETAPA DE CONTROL

 VARIADOR DC

 

 



ETAPA DE CONTROL La Etapa de Control es la parte inteligente del Variador y se encarga de controlar a la Etapa de Potencia. La Etapa de Control proporciona el valor preciso de “alfa” a la Etapa de Potencia,

necesaria para que el motor trabaje según lo deseado por el operario.

 

ETAPA DE CONTROL: DIAGRAMA DE BLOQUES

 

•

De figura anterior laseEtapa observa que,lapor lo general, de Control esta conformada por: a.

Un bloque de Rampa.

Dos bloques Controladores. Dos Comparadores. d. Un bloque de disparo. b. c.

 







BLOQUE DE RAMPA El bloque de Rampa se encarga de dar un tiempo de retardo a la orden Referencia proporcionada porde el Velocidad operario. de Su objetivo es que el motor acelere y desacelere en forma suave para evitar cambios bruscos en la armadura que podrían dañardesucorriente aislamiento.

 

CIRCUITO RAMPA

 

TRABAJO DEL BLOQUE DE RAMPA

 

CONTROLADOR DE VELOCIDAD •El Controlador de Velocidad recibe dos

señales: Velocidad de Referencia y

 V•Su  Velocidad elocidad Medida. objetivo es comparar las señales, conformarlas (característica (característica P e I), y dar a su salida un valor de voltaje que es el necesario para que (por actuación de la Etapa de Potencia) ambas señales finalmente se igualen el el más breve

plazo de tiempo.  

CIRCUITO CONTROLADOR VELOCIDAD

 

•De la figura anterior, se observa que la

señal de salida del Controlador de

 Vdel  Velocidad elocidad viene a ser la señal de entrada Control Controlador ador de TTorque orque (T (Torque orque Referencia). •El valordeImáx es el potenciómetro dede  “Límite Corriente” que se encarga

proteger a la etapa de potencia y motor

contra posibles cortocircuitos  

CONTROLADOR DE TORQUE •Recibe dos señales: Torque de Referencia y Torque Medido. Medido. •Compara las señales de entrada, las conforma (características P e I) y responde a su salida con una señal hacia el circuito denecesario disparo, elpara cualque es proporcional al ángulo “alfa” el motor maniobre su torque y la confronte con la de la carga. •El objetivo final de la confrontación de torques (TD y TL) es que la velocidad del motor se mantenga constante e igual a la Velocidad de Referencia dada el operario a pesar de variaciones en la por carga.

 

CIRCUITO CONTROLADOR DE TORQUE

 

BLOQUE DE DISPARO •Se encarga de proporcionar las señales

de disparo a la Etapa de Potencia. •Recibe a su entrada una señal de voltaje DC proporcional al ángulo de

disparo “alfa”, la conforma y convierte en

pulsos de disparo hacia los terminales Gate-Cátodo de los tiristores. •Observe que también recibe información de “Sincronismo” y señal de

  Habilitación .  

CIRCUITO DE DISPARO

 

 VARIADOR Y MOTOR: MOTOR: DIAGRAMA DE BLOQUES

 

Realimentación por Voltaje de  Armadura

 Va = Ia.ra + k.n.If 

 

SENSOR DE VELOCIDAD

 

SENSOR DE CORRIENTE

 

Técnicas de Control

 

Control PID

 

Puesta en marcha de un variador DC

 

Motores C. A.

 

CURVA DE MOTOR AC

 

EL MOTOR AC 



El motor asíncrono  jaula de ardilla es el más ampliamente utilizado y requiere muy poco mantenimiento Los dos componentes principales son: 



El estator (estacionario) El Rotor (giratorio)

 

 VARIADORES DE  VELOCIDAD  AC

 

 VARIADOR AC AC 







Rectificador Circuito intermedio Inversor Circuito de control

 

RECTIFICADOR  







El rectificador en un variador de frecuencia está formado por diodos, tiristores o una combinación de ambos Si está formado únicamente por diodos es del tipo no controlado Si está formado por tiristores es del tipo controlado Si está formado por una combinación de ambos es del tipo semi-controlado

 

RECTIFICADOR NO CONTROLADO

 

RECTIFICADOR NO CONTROLADO 

El valor medio de un rectificador no1.35 controlado es veces el voltaje de entrada

 

RECTIFICADOR NO CONTROLADO TRIFASICO

 

RECTIFICADOR CONTROLADO 



Regulando el ángulo de disparo seelpuede controlar nivel de voltaje del circuito intermedio El valor medio del voltaje es 1.35 veces el voltaje de entrada por el Cos del ángulo de disparo

 

CIRCUITO INTERMEDIO 

Consiste en un circuito de filtrado a través de condensadores que suaviza el rizado del voltaje proveniente del rectificador

 

INVERSOR  



El inversor genera el voltaje y la frecuencia hacia el motor La mayoría de variadores de frecuencia modernos emplea IGBT como inversores

 

DISPARO DE IGBT 



Los tres pares de switches generan 8 distintas combinaciones posibles 100,110,010,011,001,101 se orientan hacia cada uno de los vértices del hexágono, mientras que 000 y 111 son vectores nulos

 

PWM 

La modulación del ancho de pulsos el método más es usado para la generación de voltaje trifásico

 

 VOLTAJE PWM

 

 VOLTAJE PWM 



El voltaje de fase es la mitad del voltaje DC entre 2, óde la mitad de entrada El voltaje salida del es 3voltaje el voltaje de fase, ó 0.866 veces el voltaje de entrada



Un inversor que trabaje únicamente con una onda dePWM modulación de referencia senoidal sólo puede alcanzar 86.6% del voltaje de alimentación

 

ETAPA DE CONTROL

 

CHIP MICRO-CONTROLADOR MA828

 

ESCALAR   VARIADOR ESCALAR  

 VENTAJAS 

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



Bajo costo No requiere de dispositivos de retroalimentación Su aplicación está limitada a equipos que no requieren altos niveles de precisión

DESVENTAJAS 



No hay orientación del campo Ignora el estado del motor (posición o velocidad)



No controla el torque

 

CONTROL ESCALAR  

El variador con control escalar alimenta al motor con un voltaje “senoidal” de acuerdo a una relación V/f

predeterminada 



dinámica control limitada yTiene baja una eficiencia del de inversor Mayormente es usado en aplicaciones

muy simples de control de velocidad  

 VARIADOR AC PWM ESCALAR 

 

¿Qué es el control vectorial?

En una máquina de C.C. se tiene un bobinado de campo y otro de armadura, por lo tanto, pueden controlarse independientemente la corriente de la armadura (par) y la corriente del campo (flujo).

En una máquina de C.A., la corrien-te que circula por el bobinado estatórico determina el par y el flujo, por lo tanto, resulta dificultoso controlar por separado el par y el flujo.

El control independiente  independiente de de las corrientes que producen el flujo y el par, permite obtener un desempeño óptimo - entre otr otros, os, par co con n veloci-

El control de la magnitud de la corriente no permite realizar una regulación independiente. Por ello, debe controlarse la magnitud y la

dad cero, rápida respuesta respuesta a variaciones de carga, etc.

fase de la corriente, es decir, el vector corriente.

 

¿En que consiste el control vectorial? Alimentación

Convertidor de C.A.

Encoder

Motor de C.A. Carga

Información de la posición

Para poder controlar el par y el flujo en un motor de C.A. tiene que controlarse la magnitud y el ángulo de fase de la corriente estatórica, es decir, el vector corriente.

Para controlar la fase referida al rotor, tiene que conocerse la posición de éste. En consecuencia, en el control vectorial vector ial completo debe usarse un encoder ue suministre suministre al convertidor convertidor una información información ro orcional orcional a la osición osición

 

CONTROL VECTORIAL 

La idea del sistema de modulación vectorial es la dedirectamente, controlar el flujo magnético del motor obteniendo un variador más eficiente y de mejor dinámica comparado con uno del tipo senoidal



El principio puede ser descrito pormagnético. una representación vectorial del flujo Por medio de los seis contactos del inversor se pueden generar 8 vectores de voltaje, de

los cuales 2 son nulos  

 VECTOR VOLTAJE

 

CONTROL VECTORIAL 

 







El vector flujo se puede colocar en cualquier dirección de acuerdo a la posición de los contactos contacto s del inversor Idealmente el vector flujo debe describir una circunferencia En la práctica la circunferencia se forma por medio de pequeñas etapas Dependiendo de la limitación de conmutación se puede obtener cualquier patron entre el hexágono básico y una circunferencia La frecuencia es controlada aplicando los vectores nulos para detener el desplazamiento del vector flujo El control vectorial se caracteriza por una alta eficiencia pero al mismo tiempo limitado a bajas velocidades.



Está limitado a aplicaciones de baja dinámica

 

ORIENTACION DE CAMPO 







El control por orientación de campo puede p uede definirse como un control de torque por estimación del flujo magnético El flujo es calculado a partir de d e un modelo matemático del motor y la corriente del estator o por integración de los voltajes de fase En la práctica se han desarrollado varios modelos denominados: Control Vectorial de Flujo, Control Vectorial de Campo, Control  Vectorial, etc.entre los distintos métodos radica en la manera de La diferencia la estimación del flujo o cómo es controlada la corriente o el flujo

 

METODO INDIRECTO 









La mayoría de los métodos de orientación de campo antiguos pueden ser considerados como indirectos ya que controlan la corriente para obtener el flujo deseado. Parámetros de retroalimentación son la corriente del motor y la velocidad o posición del rotor Los métodos indirectos de control de orientación de campo ofrecen buenas características de torque y velocidad empleando complejos cálculos en real Factores limitantes sontiempo la susceptibilidad a la variación de los parámetros del motor y retardo para el control de flujo Tiempos típicos de respuesta son 10 a 20ms

 

¿En que consiste el control vectorial sin sensor ? En el control vectorial sin sensor el convertidor calcula la posición del rotor por medio de modelos matemáticos. Para poder hacer esto el convertidor debe: •

•

•

•

Monitorear con gran exactitud la corriente y tensión de salida. Conocer los parámetros del motor (Resistencia rotórica y estatórica, reactancia de dispersión, etc.) Conocer la historia del motor; o sea, la carga previa, etc. para poder estimar la temperatura del motor. Ser capaz de realizar cálculos con gran rapidez.

A bajas velocidades resulta muy difícil calcular difícil calcular el desempeño del motor y deducir la posición del rotor.  

¿Cuáles son las ventajas del control vectorial sin sensor? •

•

Excelente control de velocidad en lazo abierto sin compensación del deslizamiento. Elevado par a baja velocidad sin excesiva sobretensión.

•

•

Menores pérdidas, mayor eficiencia. Mejor desempeño desempeño dinámic dinámico o - mayor respue respuesta sta a variaciones bruscas de carga.

•

•

Operación estable para grandes motores. Mejor desempeño en el límite de la corriente con control de deslizamiento mejorado.

 

OPERACIÓN SIN SENSOR  





En la mayoría de aplicaciones es preferible operar el motor sin ningún sensor en el eje Recientemente se ha logrado mejorar la performance de operaciones sin sensor a bajas velocidades y 0 rpm a esto son los Los factores que contribuyen nuevas técnicas de estimación de velocidad y

al desarrollo de los métodos directos de control de orientación de campo  

CONTROL DIRECTO DE FLUJO  Y TORQUE 

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

El control directo de torque y flujo es básicamente un control de orientación de campo En lugar de controlar el flujo y el torque a través de la corriente, se tiene una mayor aproximación a partir que cada posición de los contactos del inversor está directamente relacionado con un estado electromagnético del motor Un cambio instantáneo del flujo o torque se logra por una posición determinada del vector voltaje



Una parte esencial de este método es el modelo del motor que estime el torque y flujo actual

 

CONTROL DIRECTO DE FLUJO  Y TORQUE 

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

 

Comparando el valor actual con el valor de referencia se obtiene un lazo cerrado de control de flujo y torque El vector voltaje se selecciona para mantener el vector flujo dentro de dos circunferencias circunferencias límites. límites. Las circunferencias circunferencias límites representan el flujo de referencia y la histéresis Solamente hay un flujo físicamente presente en el motor, sin embargo, puede ser representado por dos flujos: el flujo del estator y el flujo del rotor El torque es creado por la interacción de estos dos flujos.  Variando el vector del flujo del estator por medio del vector voltaje el torque variará rápidamente



Cuando el torque es mayor que el de referencia se aplica el vector de voltaje nulo

 

CONTROL DIRECTO DE FLUJO  Y TORQUE

 

FRECUENCIA PORTADORA

 

RADIO FRECUENCIA

 

EMC 

Compatibilidad un equipo eléctrico/electrónico electromagnética, para EMC, operar es lasin habilidad de problemas dentro de un ambiente electromagnético. El equipo no debe interferir o distorsionar la operación de cualquier otro equipo dentro de su vecindad 

INMUNIDAD. El equipo eléctrico eléctrico debe ser inmune inmune a interferencias de baja y alta frecuencia. Fenómenos de alta frecuencia incluyen descarga electrostática, transitorios, rediación electromagnética, disturbios de radio frecuencia. Típicos efectos de baja frecuencia son armónicos de voltaje y

desbalance 

yEMISION. el sistemaLadefuente control, de laemisión cual puede de alta serfrecuencia pr opagadason propagada porlos IGBT conducción o por radiación

 

SOLUCIONES EMC 





Los variadores son por lo general inmunes a emisiones electromagnéticas, de lo contrario serían afectados por ellos mismos Sólo se requieren manejar las emisiones LasConducidas emisiones tienen dos clasificaciones: 



Radiadas

 

EMISION ELECTROMAGNETICA

 

EMISION CONDUCIDA 



La emisión conducida se puede propagar a otros equipos a través de todo conductor incluyendo cables, tierra y gabinetes Las emisiones conducidas se pueden eliminar:  

Por RFI dede altapicos frecuencia Usarfiltros supresores en relés, contactores, válvulas para atenuar arcos de conexión



Usar toroides de ferrita en puntos de conexión

 

EMISION RADIADA 



Para prevenir la propagación de emisiones radiadas los componentes del variador deben formar parte de una caja de Faraday contra emisión de radiaciones  Algunos métodos para asegurar la continuidad de una caja de Faraday son: Gabinete metálico con un buen contacto entre todas sus partes Cableado. Usar cables apantallados para fuerza y control por rutas separadas Emplear conexiones de tierra de alta frecuencia 









Utilizar toroides de ferrita Emplear si es posible cables trenzados

 

FILTROS RFI 



Los filtros RFI son usados para atenuar los disturbios conducidos derivandolos a tierra No se deben utilizar filtros RFI si se tiene un sistema de tierra flotante o de alta impedancia de tierra

 

FILTROS RFI

 

EFECTOS EN LA INSTALACION DE VARIADORES DE FRECUENCIA

 

PERDIDA DE AISLAMIENTO



El cable del bobinado está cubierto de una película de esmalte (barniz) con propiedades aislantes En muchos motores se utiliza papel para



proporcionar aislamiento el estator y entre las fasesentre el bobinado y  Varios factores afectan la vida del aislamiento



como la temperatura, contaminación, voltaje, forma del devanado, etc.  

EFECTO DE LA TEMPERATURA 





La vida del aislamiento se determina generalmente por el efecto térmico Todos los aislamientos se deterioran por efecto de la temperatura Si continuamente se supera la temperatura tiempo de vida de del diseño el aislamiento se vé fuertemente reducido

 

CONTAMINANTES 





Los contaminantes reducen la rigidez dieléctrica del aislamiento, sobre todo cuando se tiene voltajes de alta frecuencia y rápido gradiente Un motor operando en una sala de bombas puede fallar repentinamente si se le instala un variador de frecuencia Esto se debe a que el polvo, aceites, cloro, carbón, etc. Pueden determinar un medio para la generación

de un arco eléctrico sobre todo bajo presencia de humedad  

EFECTOS MECANICOS 







Cuando se arranca un motor en forma directa se producen grandes esfuerzos en los bobinados que los van deformando debido al alto torque de arranque  Asimismo, la alta corriente de arranque genera un calentamiento del cable que lo dilata más rápidamente que el estator Esto produce también un esfuerzo que vá fracturando el aislamiento dando paso a la humedad y contaminantes para degradar el yaislamiento Cuando se emplean variadores de frecuencia no se producen estos esfuerzos debido a que el voltaje es aplicado lentamente

en rampa

 

 VIBRACION 









Una consecuencia típica de la aplicación de variadores de frecuencia es la resonancia Generalmente todas las máquinas (bombas, compresores, centrífugas, etc.) están diseñadas tomando en cuenta la resonancia Sin embargo, cuando se acoplan a otras máquinas su frecuencia natural disminuye y el riesgo de resonancia aumenta La excesiva vibración puede ocasionar fatiga en los pernos de soporte, rodamientos aislamiento y también en el propio bobinado fracturando el Se puede aumentar la frecuencia natural del sistema aumentando su masa, pero también se pueden programar frecuencias de by pass en el variador para evitar trabajar a estas frecuencias

 

 VOLTAJE 







La rigidez dieléctrica es una característica que diferencia una material aislante de otro Cuando se aplica un voltaje sobre un material aislante se produce un esfuerzo dieléctrico También se puede producir un deterioro gradual del aislamiento producto de voltajes que exceden su nivel de aislamiento El aislamiento finalmente falla cuando no puede

soportar el voltaje aplicado y se produce una corriente de cortocircuito  

FRECUENCIA PORTADORA 





Si se incrementa la frecuencia portadora la corriente se hace más senoidal Esto mejora la forma de corriente y se genera menos calor en el motor incrementando su vida Sin embargo, se generan más pulsos de

voltaje y dada una longitud de cable se incrementa el valor del voltaje pico  

TIPO DE DEVANADO

 

DEVANADO CONCENTRICO 



Si cada espira se forma de manera ordenada en forma capas concéntrica la bobina se vá formando por Esto asegura que el voltaje entre dos espiras adyacentes sea bajo y que la primera espira nunca estará al lado de la última espira

 

DEVANADO ALEATORIO 







Si el devanado es aleatorio no se tiene control de la posición de ninguna espira Es posible que la primera espira esté en contacto con la última espira El voltaje entre estas dos espiras es el voltaje entre fases La mayoría de motores tiene un sistema de devanado aleatorio

 

 VOLTAJE PICO

 

TIEMPO DE DISPARO 





El tiempo de disparo está definido como el tiempo transcurrido el nivelpico de 10% voltajeMG1) pico hasta el 90%entre del voltaje (IEEEdel y NEMA El tiempo de disparo está determinado por las características del circuito de disparo del inversor como circuitos de amortiguamiento (snubbers), resistencia interna, inductancia y capacitancia de los componentes. IGBT de tercera generación tienen tiempos ti empos de

disparo de 0.1 µs, mientras que los IGBT de primera genera gen eración ción tiene tienenn tiempos tiempos de de 0.25 µs  

REFLEXION DE VOLTAJE 





Una onda de voltaje viajando a través de una línea de transmisión es reflejada desde la transición de la impedancia de la linea y de la impedancia de la carga al final de la línea Si no hayde diferencia reflexión onda de impedancias no hay Si hay una gran diferencia la amplitud de la

onda reflejada puede acercarse al valor de la onda original  

REFLEXION DE VOLTAJE 



Debido a que la impedancia del motor es mayor quelalateoría impedancia del cablede deondas conexión, de transmisión predice una reflexión de voltaje La impedancia de motores grandes es menor que la de motores pequeños, por lo tanto el efecto de reflexión es menor en motores grandes

grandes

 

LONGITUD CRITICA 



 Valores típicos oscilan entre 25 y 200 pies para IGBT Si el cable del motor es mayor a la longitud crítica, el tiempo del pulso en llegar al motor es mayor reflejado a la mitadsedelsuma tiempo de disparo y el voltaje al siguiente pulso

Si la impedancia del motor es muy grande se puede duplicar fácilmente el voltaje en los terminales del motor  

 VOLTAJE REFLEJADO

 

SOBRE OSCILACION 

La inductancia y capacitancia de los cables, el motor y el variador pueden formar un circuito resonante donde los pulsos de voltaje

pueden formar una sobreoscilación  

SOBRE OSCILACION 



Combinado con el fenómeno de reflexión se puede obtener voltajes de más del doble del voltaje DC Para motores de 440V se pueden originar voltajes pico superiores a 1400V

 

 VOLTAJE REFLEJADO 





El voltaje pico crece rápidamente hasta la longitud crítica de cable Luego el crecimiento es más suave Motores grandes tienen un menor debido a suvoltaje menorpico impedancia



La frecuencia de conmutación también afecta el voltaje pico

 

GRADIENTE DE VOLTAJE

 

GRADIENTE DE VOLTAJE 



El gradiente de voltaje es la velocidad con que se genera el pico de voltaje reflejado Se define entre el 10% y el 90% del voltaje pico desarrollado

 

EFECTO CORONA

 

EFECTO CORONA 





Campos eléctricos intensos pueden ionizar el gas (aire-barniz) alrededor del bobinado del motor Si dos fases del motor pasan una al lado de la otra, pueden ocasionar un arco que vá degradando el aislamiento del motor Para motores estándar el nivel de aislamiento

es de 1000V, y para Inverter Duty Motors es ade600V. 1600V, para tensiones de trabajo menores  

EFECTO CORONA

 

BOBINAS DE MOTOR   









Son inductancias que se instalan en serie con el motor Incrementan el tiempo de disparo y con ello la longitud crítica del cable. Reducen el voltaje pico sólo dentro de la longitud crítica de cable  A menos que se instalen dentro del variador, los bobinas de motor ocupan mucho espacio Originan unaycaída en el motor con lo que disminuye su eficiencia factordedetensión potencia Si no son parte del equipo original de fábrica son difíciles de dimensionar debido al gran espectro de frecuencias de salida

del variador

 

FILTROS SENOIDALES 







Consiste en circuitos RL o LC filtro pasa bajos Incrementa el tiempo de disparo y disminuye el gradiente de voltaje mejor que las bobinas de motor Producen una caída de tensión despreciable menor a 1.5% Es recomendable su uso para instalaciones de gran longitud de cable de motor



Tienen un costo ligeramente mayor que las bobinas de motor

 

TERMINACIONES DE CABLE 





Si la impedancia del cable es igual a la del motor no se produce reflexión de voltaje Se dimensiona para cada aplicación pues se requiere conocer la impedancia del motor y la del cable de la instalación Se colocan en el motor por lo que pueden

representar un problema de espacio en su instalación

 

LONGITUD DE CABLE

 

 ARMONICOS 



Los armónicos de corriente y voltaje creados por cargasson no lineales en un sistema de distribución Todos los convertidores electrónicos de potencia incrementan los

disturbios armónicos inyectando corrientes armónicas en el sistema  

DEFINICIONES 

Distorsión Armónica Total DEFINICIONES



Factor de Potencia



Factor de Potencia

de Desplazamiento

 

SUMA DE CORRIENTES

 

FUENTES DE DISTORSION  ARMONICA 



Cargas no lineales comunes son arrancadores de estado sólido, variadores de frecuencia, computadoras, maquinas de soldar, lámparas electrónicas, UPS Pueden causar sobrecalentamiento de cables, transformadores, generadores,

condensadores, parpadeo de luces, disparo de interruptores, falsa lectura de medidores, etc.  

COMO REDUCIR ARMONICOS 



Los armónicos se pueden reducir por medio de modificaciones estructurales en el variador de frecuencia o mediante filtros externos Estas modificaciones pueden ser el uso de rectificadores de 12 o más pulsos, rectificadores controlados o filtros internos al variador de

frecuencia

 

FACTORES Y SUS EFECTOS CAUSAS Motor más grande

CONSECUENCIAS Mayor contenido de armónicos de corriente Mayor carga en el motor Maryor contenido de armónicos de corriente Mayor inductancia AC o DC Menor contenido de armónicos de corriente Mayor número de pulsos del Menor contenido de armónicos rectificador de corriente Transformador más grande Menor contenido de armónicos de voltaje

Menor impedancia del transformador

Menor contenido de armónicos de voltaje

Mayor capacidad de cortocircuito del sistema

Menor contenido de armónicos de voltaje

 

RECTIFICADORES

 

RECTIFICADOR DE 6 PULSOS 





El circuito rectificador de 6 pulsos es el más comúnmente utilizado Consiste en un puente de 6 diodos di odos junto con un condensador y una inductancia que forman un filtro pasa bajos para suavizar la corriente DC Simple y costo relativamente bajo pero genera armó ar móni nico coss ddee 5°, 5°, 7° y 11° 11° orde ordenn

 

RECTIFICADOR DE 12 PULSOS 





Está formado por dos rectificadores de 6 pulsos en paralelo La entrada está formada por un transformador de tres bobinados o dos transformadores de dos bobinados con un desfase de 30° Los armónicos generados están en oposición de fases y eliminados entre sí 





En teoría el armónico de menor orden es el 11° Requiere de transformadores especiales muy costosos

 

RECTIFICADOR DE 24 PULSOS



El rectificador de 24 pulsos está formado por dos transformadores de tres bobinados cada uno desfasados 30° Prácticamente se eliminan todos los



armónicos de bajo orden Para variadores de gran potencia y sistemas



de variadores múltiples es la solución más económica con la menor distorsión armónica

 

ESPECTRO DE ARMONICOS

 

RECTIFICADORES CONTROLADOS 





Reemplazan el puente de diodos por tiristores Como el tiristor necesita un pulso de disparo para pasar del estado de no conducción al de conducción, el desfase se puede retrasar 90° permitiendo el flujo regenerativo a la red Tienen un menor factor de potencia que los

diodos y generan mayor contenido de armónicos  

RECTIFICADORESS DE IGBT RECTIFICADORE 





Permite la rectificación y la regeneración Permite controlar el voltaje DC y el factor de potencia independientemente del consumo de potencia Corriente de forma senoidal con bajo

contenido de armónicos 

 Alto costo

 

RECTIFICADORES

 

BOBINAS AC O DC

 

BOBINAS AC O DC 



Los armónicos se pueden reducir empleando bobinas AC o DC lo suficientemente grandes La tendencia es reducir el tamaño de los variadores así como de las bobinas

empleadas y en algunos casos omitirlas

 

TAMAÑO DE BOBINAS

 

 ARMONICOS DE DE VOLTAJE

 

FILTROS ACTIVOS

 

FILTROS ACTIVOS 



Estos filtros proporcionan compensación de acuerdo a los armónicos generados en determinado momento Generan el mismo nivel de armónicos generados por cargas no lineales en oposición de fase

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Son comparativamente caros frente a otros métodos pero son la mejor alternativa contra armónicos generados pequeños en paralelo por muchos variadores

 

FILTROS ACTIVOS

 

COMPARACION 

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Rectificador sin bobinas. de Costo 6 pulsos 100% Rectificador de 6 pulsos con bobinas. Costo 120% Rectificador de 12 pulsos. Costo 200%

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

Rectificador de 24 pulsos. Costo 250% Rectificador IGBT. Costo activo 250% con

 

COMPARACION

Corriente sin Bobina

 

COMPARACION

Corriente con Bobina

Voltaje sin Bobina

Voltaje con Bobina

 

FALLA DE RODAMIENTOS

 

FALLA DE RODAMIENTOS 



 Algunas instalaciones nuevas experimentan un desgaste prematuro de rodamientos después de algunos meses de funcionamiento La falla puede ser ocasionada por corrientes de alta frecuencia que circulan por los rodamientos

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Los variadores de frecuencia ocasionan corrientes pulsantes en los rodamientos gradualmente van erosionando sus pistasque

 

CORRIENTE EN RODAMIENTOS 

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Para prevenir el daño es necesario formar una ruta a tierra para que los la corriente de alta frecuencia vuelva al variador sin pasar por rodamientos La magnitud de la corriente se puede reducir red ucir empleando cables simétricos al motor y filtros senoidales Si la energía de esta corriente pulsante p ulsante de alta frecuencia es lo suficientemente sehacia produce transferencia los rodajes y las alta pistas la grasa lubricantede material entre



La alta frecuencia de la corriente ocasiona una erosión acelerada y se produce una rápida falla del rodamiento

 

TIPOS DE CARGA 

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TORQUE CONSTANTE. Torquedeconstante típico manejos es fijos de volumen Transportadores, tornillos transportadores, compresores son



ejemplos de torque constante. El torque es constante y la proporcional a lapotencia velocidad

 

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TORQUE CUADRATICO.

El torque cuadràtico es el tipo de carga más común.  Aplicaciones típicas son las bombas y ventiladores centrífugos.



El torque es cuadrático y la potencia es proporcional al cubo de la velocidad

 

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POTENCIA CONSTANTE.

Una carga de potencia constante es típica en el bobinado con cambio en el de diámetro del material. La potencia es constante y

el torque es inversamente proporcional a la velocidad

 

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TORQUE DE ARRANQUE. En ciertasALTO aplicaciones es necesario un alto torque a baja velocidad 

 Aplicaciones típicas son extrusoras y

bombas de tornillo

 

TORQUE DISPONIBLE 

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Para dimensionar el variador se debe considerar el torque disponible en el motor considerando su capacidad térmica El motor es autoventilado. Al bajar la velocidad baja la capacidad de ventilación del motor

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Este tipo de comportamiento limita el torque disponible del motor a bajas velocidades Si el motor cuenta con ventilación independiente es posible disponer del pleno torque a baja velocidad

 

TORQUE CON VARIADOR 

 

FACTORES IMPORTANTES       

Entradas y salidas digitales y/o analógicas Función de reversa Rampas de aceleración y deceleración  Ajustes de la relación V/f  Torque de arranque Frecuencias de by pass Compensación de deslizamiento

 Arranque en giro Protección térmica electrónica Protección contra cortocircuito y falla a tierra

  



Controlador PIDgabinete Protección del



 

FACTORES IMPORTANTES 







Frecuencia de conmutación regulable Entrada y salida de pulsos/frecuencia Bobinas contra armónicos Filtro RFI





Protocolos de comunicación Display alfanumérico

 

 APLICACIONES       

Presión positiva de ambientes Presurización de Escaleras de escape  Ventilación de estacionamientos Presión constante en sistemas de bombeo  Volumen variable en sistemas de bombeo de agua helada Torres de enfriamiento Bombas dosificadoras

  

 

Centrífugas Lavadoras Transportadores Extrusoras Bobinadoras

 

SISTEMAS DE BOMBEO

 

SISTEMAS DE BOMBEO

 

TORRE DE ENFRIAMIENTO

 

CENTRIFUGAS

 

TRANSPORTADORES

 

TRANSPORTADORES

 

TEXTILES

 

SINCRONIZACION

 

 ASCENSORES

 

 AS-i

 

PROFIBUS-DP