Iniciación a la variación de velocidad

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