parte 1 variadores de velocidad en estaciones

PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS
PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
1
Variadores de Velocidad en Estaciones de
Bombeo
VENTAJAS
PARTE 1
2
NOTAS
VFPT02AE
2
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SUMARIO – PARTE 1
1.
Introducción
2.
Criterios para la Selección de los
Variadores de Velocidad
3.
Ahorro de energía en bombas y
ventiladores con Variadores de Velocidad
4.
5.
3.1 Curvas típicas en bombas y ventiladores
3.2 Desplazamiento de la curva de la bomba en
función de la disminución de la velocidad
3.3 Desplazamiento de las curvas de potencia y
rendimiento en función de la disminución de
la velocidad
3.4 Relaciones básicas para el control de
potencia
3.5 Rendimiento de las bombas con Variador
Métodos del control de flujo
Información necesaria para consulta
correcta en el ámbito del ahorro de
energía
3
NOTAS
VFPT02AE
3
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
1
Variadores de Velocidad en Estaciones de
Bombeo
INTRODUCCIÓN
4
NOTAS
VFPT02AE
4
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
1. INTRODUCCIÓN
1. Power Electronics ofrece a sus
clientes la garantía de una
optimización del proceso de
producción a través de la
aplicación de variadores de
velocidad y de arrancadores
estáticos en la industria.
2. Esto de traduce en un
espectacular incremento de la
calidad del producto y en una
absoluta mejora en el
mantenimiento mecánico y
eléctrico de la empresa.
5
NOTAS
VFPT02AE
5
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
2
Variadores de Velocidad en Estaciones de
Bombeo
CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS
VARIADORES DE VELOCIDAD
6
NOTAS
VFPT02AE
6
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
2. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
A. Filtros de Entrada
[ MOSTRAR ]
B. Bobinas de Entrada
[ MOSTRAR ]
C. Grado de Protección
[ MOSTRAR ]
D. Temperatura Ambiente
[ MOSTRAR ]
E. Variadores a Par Constante y Par Variable?
[ MOSTRAR ]
F. Aplicaciones de los Variadores
[ MOSTRAR ]
G. Asistencia Técnica
[ MOSTRAR ]
7
NOTAS
VFPT02AE
7
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A. FILTROS DE ENTRADA
¿QUÉ ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA?
Es un concepto asociado a cualquier equipo electrónico.
Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un
determinado nivel dB.
Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel dB .
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
8
NOTAS
VFPT02AE
8
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A. FILTROS DE ENTRADA
¿QUÉ PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR?
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
9
NOTAS
VFPT02AE
9
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
A. FILTROS DE ENTRADA
FOCOS DE EMISIÓN DE RFI EN UN VARIADOR
» Las RFI pueden ser
RADIADAS o
CONDUCIDAS.
» La conducción se
puede realizar a través
de los CABLES del
MOTOR , a través de
los CABLES de
alimentación y por la
tierra
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
10
NOTAS
VFPT02AE
10
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
A. FILTROS DE ENTRADA
LONGITUD DE CABLES
» 40 metros de cable apantallado.
Vcc = Ve · 1,41
= 380 · 1,41 = 534
= 500 · 1,41 = 720
= 690 · 1,41 = 972,9
» 150 metros de cable apantallado.
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
11
NOTAS
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11
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
B. BOBINAS DE ENTRADA
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIÓN DE ARMÓNICOS
» Electrónica de Potencia para serie SD700: 90A – 170A.
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
12
NOTAS
VFPT02AE
12
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
B. BOBINAS DE ENTRADA
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIÓN DE ARMÓNICOS
» Electrónica de Potencia para serie SD700: 210A – 2200A.
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
13
NOTAS
VFPT02AE
13
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
C. GRADO DE PROTECCIÓN
GRADO DE PROTECCIÓN PARA PROTECCIÓN EXTRA
» La protección IP54 impide que el polvo o
cualquier otra partícula dañe los equipos.
» En caso de salpicaduras cerca del motor,
estas no dañarán nuestros equipos.
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
14
NOTAS
VFPT02AE
14
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
D. TEMPERATURA AMBIENTE
Corriente de Variador (%)
CARACTERÍSTICAS DE SOBRECARGA TÉRMICA DE LA SERIE SD700
Características de Sobrecarga de la Serie SD700
Pico de Sobrecarga durante 1 seg.
200
Sobrecarga durante 60 seg. a 40º
Sobrecarga durante 30 seg. a 50º
175
150
Pico de Sobrecarga 1 seg.
Intensidad de trabajo a 40º
Intensidad de trabajo a 45º
Intensidad de trabajo a 50º
125
100
Sobrecarga 30 seg. a 50º
Intensidad de trabajo a 40º
75
Intensidad de trabajo a 45º
50
Intensidad de trabajo a 50º
25
0
0
25
50
75
400
Hz
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
15
NOTAS
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15
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
D. TEMPERATURA AMBIENTE
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power Electronics están preparados para resistir las
más duras condiciones ambientales de trabajo.
PUEDEN RESISTIR HASTA 50º
50ºC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD
DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR.
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
16
NOTAS
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
E. PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Temperatura 80ºC
PAR
VARIABLE
15 kw
Temperatura 60ºC
DISPARO TÉRMICO (85ºC)
DISPARO TÉRMICO (85ºC)
SOBRECARGA 1.1In
(40ºC)
PAR CONSTANTE
11 kw
» Competidores
Temperatura 70ºC
SOBRECARGA 1.5In
Temperatura 60ºC
(40ºC)
PAR
VARIABLE
15 kw
SOBRECARGA 1.25 In
(40ºC)
SOBRECARGA 1.5In
(50ºC)
PAR CONSTANTE
11 kw
» Power Electronics
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
NOTAS
VFPT02AE
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
E. PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
MODELO A
MODELO B
POTENCIA A
PAR
CONSTANTE
POTENCIA
A PAR
VARIABLE
P.V.P
11
15
15
18,5
100
115
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
18
NOTAS
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18
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
F. APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
CONTROL
Los Variadores de Velocidad amplían su campo de regulación ante:
Fluctuación de Caudal
Control de Presión
Control de Temperatura
Control de Nivel …
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicaciones:
Estaciones de bombeo
Grupos de presión
Sistemas de riego
Altas concentraciones de monóxido de carbono, oxígeno …
Aire Acondicionado y Climatización …
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
19
NOTAS
VFPT02AE
19
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
3
Variadores de Velocidad en Estaciones de
Bombeo
AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y
VENTILADORES
20
NOTAS
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20
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3.1 CURVAS TÍPICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES.
ALTURA, POTENCIA Y RENDIMIENTO
H (m)
CAUDAL
21
NOTAS
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21
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3.2 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIÓN DE LA
DISMINUCIÓN DE LA VELOCIDAD.
H
nnom
16
14
12
10
8
0.9 n nom
0.8 n nom
0.7 n nom
6
4
2
20
40
60
80
100
120
140
Q (l/s)
22
NOTAS
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22
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3.3 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN
FUNCIÓN DE LA DISMINUCIÓN DE LA VELOCIDAD.
p
Potencia
Rendimiento
Q
23
NOTAS
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23
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3.4 RELACIONES BÁSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA.
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kg/m³)
g = Gravedad (9.81m/s²)
H = Altura (m)
Q = Caudal (m³/s)
ŋ = Rendimiento
24
NOTAS
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24
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VENTAJAS
NOTAS
3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3.5 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR.
80
N = 1480 RPM
1Xn
30%
50%
60%
70%
70
80%
85%
87%
0.9 X n
60
88%
50
0.8 X n
40
0.7 X n
87%
85%
80%
30
0.6 X n
20
0.5 X n
Curvas Rendimiento
0.4 X n
10
Curvas H – Q
Curvas de Sistema
0
10
20
30
40
Q caudal
m3/min
25
NOTAS
VFPT02AE
25
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
4
Variadores de Velocidad en Estaciones de
Bombeo
MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL
(FLUJO)
26
NOTAS
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26
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VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
A. Control de Válvulas
[ MOSTRAR ]
B. Control de By – Pass
[ MOSTRAR ]
C. Control Marcha – Paro (On / Off)
[ MOSTRAR ]
D. Variador de Velocidad
[ MOSTRAR ]
27
NOTAS
VFPT02AE
27
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VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
A. CONTROL DE VÁLVULAS. CARACTERÍSTICAS.
» Las bombas siempre trabajan a velocidad máxima.
» Se reduce la sección transversal del conducto o tubería.
» Se incrementa la presión al disminuir el diámetro de paso.
» Problemas de calentamiento del fluido.
» Cavitación, turbulencias.
[ VOLVER A LA LISTA ] 28
NOTAS
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VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
A. CONTROL DE VÁLVULAS. GRÁFICO.
80
Altura en m H2O
CAUDAL
1Xn
Altura Estática 20 metros
70
0.9 X n
60
50
40
30
20
0.8 X n
0.7 X n
0.6 X n
0.5 X n
n = 1480 RPM
Curvas de Rendimiento
Curvas H-Q
Curvas de Sistema
0.4 X n
10
0
80%
60%
100%
50%
90%
70%
10
20
50% Caudal
30
100% Caudal
40
Q Caudal
m3/min
29
NOTAS
VFPT02AE
29
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VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
A. CONTROL DE VÁLVULAS. GRÁFICO.
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
H
3
ALTURA
2
1
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
Q
KW
POTENCIA
7
CAUDAL
Q
30
NOTAS
VFPT02AE
30
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VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
A. CONTROL DE BY – PASS.
H
ALTURA
PUNTO
OPERACIONAL SIN
BY-PASS
EFECTO BY-PASS
Q
Curvas de Sistema
» Es el menos eficiente
en cuanto al consumo
de energía.
» La bomba siempre
trabaja a su máxima
potencia sin tener en
cuente el nivel del flujo.
Curvas bomba H – Q
POTENCIA
Curvas Rendimiento
KW
Q
FLOW
[ VOLVER A LA LISTA ] 31
NOTAS
VFPT02AE
31
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
C. CONTROL MARCHA – PARO (On / Off). CARACTERÍSTICAS.
» Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es
constante.
» Provoca estrés mecánico y eléctrico.
» No se pueden mantener los parámetros constantes, siempre existe una pequeña o
gran variación.
» Sobrepresiones durante el arranque.
» Golpe de ariete durante los paros.
[ VOLVER A LA LISTA ] 32
NOTAS
VFPT02AE
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VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. CARACTERÍSTICAS.
» Permite mantener constantes aquellos parámetros que deben ser controlados.
» Reducción de la potencia absorbida por el motor.
» Compensación de la potencia reactiva del motor.
» Reducción de los fallos eléctricos y mecánicos.
» Reducción del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo.
[ VOLVER A LA LISTA ] 33
NOTAS
VFPT02AE
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VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. GRÁFICO.
80 Altura en m H2O
1Xn
60
490 kPa
Altura estática 20 metros
70
637 kPa
0.9 X n
50 0.8 X n
0.7 X n
40
PID
REFERENCIA
30 0.6 X n
20 0.5 X n
10
0
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H – P
0.4 X n
Curvas de Sistema
0
10
20
30
40
Q Caudal
m3/min
1400
RPM
34
NOTAS
VFPT02AE
34
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. TABLA.
H
ALTURA
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
8
DISMINUCIÓN DE VELOCIDAD
9
Q
7
POTENCIA
KW
8
9
Q
CAUDAL
35
NOTAS
VFPT02AE
35
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. DESPILFARRO DE ENERGÍA.
ALTURA
SISTEMA DE
VÁLVULAS
VARIADOR DE
VELOCIDAD
PÉRDIDAS DE
POTENCIA
POTENCIA
DESPERDICIADA
ALTURA
ESTÁTICA
POTENCIA
ÚTIL
VELOCIDAD
REDUCIDA
36
NOTAS
VFPT02AE
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. CURVAS COMPARATIVAS Y
REQUERIMIENTOS DE POTENCIA.
POTENCIA (%)
A: Control usando Variador de Velocidad.
B: Control por ajuste de válvula o
compuerta.
CAUDAL (%)
37
NOTAS
VFPT02AE
37
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
D. VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS.
VERANO
INVIERNO
38
NOTAS
VFPT02AE
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Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
5
Variadores de Velocidad en Estaciones de
Bombeo
INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL
CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO
DE ENERGÍA
39
NOTAS
VFPT02AE
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
5. INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO
EN EL AHORRO DE ENERGÍA
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTES
A. Tipo de control
B. Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADOR
A. Curvas de rendimiento del bombas y ventiladores
B. Potencia del ventilador o bomba
C. Curvas de motor
INFORMACIÓN DEL PROCESO
A. Densidad del fluido o gas
B. Flujos y ciclos de trabajo requeridos
C. Valores de altura estática y dinámica
40
NOTAS
VFPT02AE
40
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
NOTAS
5. INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO
EN EL AHORRO DE ENERGÍA
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIÓN, LOS SIGUIENTES DATOS
PUEDEN SER ÚTILES
A.
B.
C.
D.
E.
CURVAS O CARACTERÍSTICAS ALTURA / CAUDAL DEL SISTEMA
FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOS
DENSIDAD DEL FLUIDO O GAS
VALORES DE LA ALTURA ESTÁTICA Y DINÁMICA
POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIÓN MÍNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRÁFICAS)
A. FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOS
B. POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
41
NOTAS
VFPT02AE
41
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
2
Control de Velocidad en Motores de
Inducción
VARIADORES DE VELOCIDAD &
ARRANCADORES
PARTE 2
42
NOTAS
VFPT02AE
42
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
1
Control de Velocidad en Motores de
Inducción
INTRODUCCIÓN
43
NOTAS
VFPT02AE
43
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Control de Velocidad en Motores de Inducción
VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES
SUMARIO – PARTE 2
1. Introducción
2. Principios de Control de los
Motores de Inducción
3. Control de Velocidad en un Motor
de Jaula de Ardilla
4. Principios Electrónicos para el
Control de Motores A.C.
44
NOTAS
VFPT02AE
44
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Control de Velocidad en Motores de Inducción
VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES
1. INTRODUCCIÓN
1. Principios de control de los
motores de inducción: variadores
de velocidad y arrancadores
estáticos
2. Power Electronics, tecnología y
experiencia en electrónica de
potencia
3. Puntos básicos:
- Conocer los principios de los motores
de inducción
- Funcionamiento del Variador de
Velocidad
- Funcionamiento del Arrancador
- Armónicos en sectores industriales
- Compatibilidad electromagnética de
los Variadores
- Ahorro de energía en bombas y
ventiladores
- Aplicaciones y control
45
NOTAS
VFPT02AE
45
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
2
Control de Velocidad en Motores de
Inducción
PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN
46
NOTAS
VFPT02AE
46
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Control de Velocidad en Motores de Inducción
VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES
2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
MOTORES DE INDUCCIÓN
El motor de inducción (asíncrono o de jaula de ardilla), está compuesto de dos partes
principales:
El ROTOR , fijado a un eje
El ESTATOR
47
NOTAS
VFPT02AE
47
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Control de Velocidad en Motores de Inducción
VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES
2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
MOTORES DE INDUCCIÓN
El rotor se construye con barras
cortocircuitadas por medio de
anillos en los extremos, formando la
denominada jaula de ardilla.
48
NOTAS
VFPT02AE
48
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Control de Velocidad en Motores de Inducción
VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES
2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
MOTORES DE INDUCCIÓN
Conectándolo a una fuente de
alimentación trifásica, en el estátor
se genera un campo magnético
giratorio (flujo). Esto es debido a:
¾ La disposición física de los
devanados del estátor: 3 bobinas
separadas 120º físicos.
¾ La corriente en estos devanados
está desfasada 120º eléctricos.
49
NOTAS
VFPT02AE
49
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Control de Velocidad en Motores de Inducción
VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES
2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN
MOTORES DE INDUCCIÓN
CAMPO
ROTATORIO
Las líneas de flujo (flechas) inducen
unas corrientes en las barras del
rótor.
Cuando sobre un conductor por el
que circula una corriente, actúa un
campo magnético, la resultante es
una fuerza que origina el par y por
tanto la rotación del rotor.
50
NOTAS
VFPT02AE
50
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
3
Control de Velocidad en Motores de
Inducción
CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE
JAULA DE ARDILLA
51
NOTAS
VFPT02AE
51
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo - Ventajas
NOTAS
Control de Velocidad en Motores de Inducción
VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES
3. CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Un motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constante.
Sin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el número de polos del
motor y sobre la frecuencia de suministro.
suministro
RELACIÓN PAR - VELOCIDAD
CORRIENTE
MOTOR
CORRIENTE DE
ARRANQUE
PAR MOTOR
PAR
MÁXIMO
PAR DE
ARRANQUE
CORRIENTE
EN VACÍO
VELOCIDAD MOTOR
» Curva Par – Velocidad en un motor de
inducción
VELOCIDAD MOTOR
» Curva Corriente – Velocidad
52
NOTAS
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Control de Velocidad en Motores de Inducción
VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES
3. CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Método usado por los controladores electrónicos de velocidad Î Variar la frecuencia de
alimentación del motor.
POR QUÉ VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN DEL MOTOR ES EL
MEJOR MÉTODO?
¾ Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
¾ Se dispone de una variación progresiva de velocidad (sin saltos), que puede ser
controlada eléctricamente por señales de 0-10Vdc ó 4-20mA. Esto hace que los
Variadores para motores A.C. sean la mejor opción en los procesos de automatización.
¾ El par disponible en el motor es constante, incluso a bajas velocidades. Esto nos
permite trabajar con cualquier tipo de carga.
¾ Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz.
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Inducción
PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL
CONTROL DE MOTORES A.C.
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
VARIACIÓN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN
Evolución de la curva Par – Velocidad cuando varía la frecuencia de alimentación.
% DE PAR
NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
» Curva Par – Velocidad
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
POR QUÉ V/Hz CONSTANTE?
El circuito equivalente por fase puede ser representado como:
IR: Corriente “real” que circula por el rotor, generadora de
par. Aumenta con la carga del motor.
IM: Corriente “imaginaria” que circula por el estator.
Responsable del flujo del motor. Conviene que
permanezca constante cuando varía la carga.
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
POR QUÉ V/Hz CONSTANTE?
Corriente imaginaria
(Magnetizante)
» A plena carga
cos φ = Factor Potencia
Co
rrie IT
nte
To
tal
Corriente real (Par)
l
Co
rrie IT
nte
To
ta
Corriente real (Par)
Diagrama vectorial de la corriente de motor.
Corriente imaginaria
(Magnetizante)
» A media carga
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la carga.
Es la corriente magnetizante quien genera el campo magnético en el estátor, afectando
a la capacidad del motor de producir par.
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
POR QUÉ V/Hz CONSTANTE?
Controlando la tensión aplicada al estátor (E1) es posible controlar la corriente de
magnetización (IM) y por tanto el flujo.
IM =
E1 =
f =
LS =
E1
2·π · f ·LS
Tensión de Alimentación
Frecuencia de Alimentación
Inductancia de magnetización del Estátor
En un controlador electrónico de la velocidad, la tensión de alimentación del motor debe
ser ajustada en proporción a la frecuencia, de forma que la corriente de magnetización
permanezca constante.
Con el aumento de la velocidad del motor, el deslizamiento (S) disminuye, y la
frecuencia relativa también. Entonces el cosφR mejora, la inductancia de pérdidas
disminuye, e Ir disminuye.
Ir =
E2 .S
R 2 r + ( X 2 ·S ) 2
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
RELACIÓN TENSIÓN – FRECUENCIA EN UN VARIADOR. COMPENSACIÓN DE LA
TENSIÓN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensión. Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque
(cintas transportadoras, cargas de elevada inercia, …).
100%
TENSIÓN DE SALIDA
ÁREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO
TENSIÓN DE SALIDA
100%
TENSIÓN
INICIAL
50Hz
FRECUENCIA DE SALIDA
» Relación Tensión – Frecuencia en el variador
50Hz
FRECUENCIA DE SALIDA
» Compensación de tensión a velocidades
reducidas
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de
salida del puente
inversor
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIÓN SEMICUADRADA
» Tensión de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Corriente de libre
circulación
Transistor
» Corriente salida de motor
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
MODULACIÓN Y FORMAS DE ONDA. TENSIÓN DE SALIDA
ONDA
PORTADORA
ONDA SINUSOIDAL
SEÑAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TENSIÓN SALIDA VARIADOR
(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIÓN SALIDA ENTRE
FASES PWM
» Modulación y formas de onda de la tensión de salida
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
MODULACIÓN TENSIÓN DE SALIDA
FRECUENCIA NOMINAL – TENSIÓN NOMINAL
En la modulación sinusoidal,
una señal triangular es
comparada con una
senoidal.
La forma de onda de la
corriente resultante en el
motor es muy próxima a la
senoidal, con muy poca
distorsión.
MITAD DE FRECUENCIA – MITAD DE TENSIÓN
» Modulación tensión de salida
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
MODULACIÓN TENSIÓN DE SALIDA
La anchura y el número de
huecos son electrónicamente
ajustados para reducir la
tensión de salida a medida
que la frecuencia disminuye.
FRECUENCIA NOMINAL – TENSIÓN NOMINAL
Nueva técnica: modulació
modulación
del espacio vectorial Î
mejores formas de onda,
menos conmutaciones.
MITAD DE FRECUENCIA – MITAD DE TENSIÓN
» Modulación tensión de salida
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
MODULACIÓN DEL ESPACIO VECTORIAL
Un sistema de formas de onda
senoidales trifásicas puede ser
representado mediante tres
vectores rotatorios (fasores).
VA
Velocidad de rotación (rev/seg) Î Frecuencia
N
Posición instantánea Î Estado dentro de un ciclo
Longitud del vector Î Amplitud de tensió
tensión
V
C
VE
» Vectores trifásicos
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
VENTAJAS DE LA MODULACIÓN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA
MODULACIÓN SINUSOIDAL
9
Reducido contenido de armónicos en el motor
9
Pequeños pares pulsatorios
9
Frecuencia de modulación constante
9
Mejor uso de la tensión de alimentación
9
Adaptada a la generación de onda mediante microprocesador
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE CONMUTACIÓN
TIRISTORES Î Semiconductor de potencia con estructura PNPN. Actualmente en
desuso.
TRANSISTORES BIPOLARES Î Basado en estructura NPN o PNP.
TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) Î la última generación; control
realizado por tensión, la conmutación se consigue aplicando tensión en el terminal de
puerta.
Ventajas del IGBT:
IGBT
• Menor tensión de saturación
• Frecuencias de conmutación superiores
• Mayor capacidad de sobrecarga
• Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
CONTROL ELECTRÓNICO Î EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento:
Recibe la señal de velocidad requerida.
Recibe las órdenes del usuario: paro, marcha … etc.
Genera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial.
Conmuta los interruptores.
Vigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a
sobrecargas.
Permite realizar los ajustes necesarios para una aplicación: rampas de
aceleración y deceleración, velocidad máxima y mínima, etc.
Proporciona el estado de las salidas: corriente en el motor, frecuencia,
marcha, arranque, indicación de fallo, etc.
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
EQUIPOS MONOFÁSICOS
Los motores pequeños se
diseñan con bobinados de
230Vac.
Variador con entrada
trifásica de 400V Î
control configurado con
la tensión y frecuencia
del motor.
CABLEADO CONEXIÓN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIÓN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIÁNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
Variador con entrada
trifásica de 230Vac.
» Conexión cableado para motores 230/400V
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
Corriente
funcionamiento
+ve
REGENERACIÓN
Funcionamiento
del motor
Funcionamiento
generador
par
Par Motor
-ve
N2
N1
velocidad
+ve
0
Par Generador
deslizamiento
2
1
0
-1
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
TIPOS DE CARGA. CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador, es necesario comprender las
características par – velocidad para cada tipo de carga.
Potencia Constante
POTENCIA
PA
R
PO
TE
NC
IA
50%
200%
Pico de PAR disponible
100%
PO
TE
NC
IA
PAR
Debilitamiento del
campo magné
magnético
PAR
Par Constante
100%
Par continuo
(limitado por la
refrigeració
refrigeración del motor)
63%
100%
» Relación (%) entre par y
potencia
200%
Velocidad Motor
50Hz
100Hz
Velocidad Motor
» Pérdida de par debido a la
refrigeración del motor
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
TIPOS BÁSICOS DE CARGA
Carga potencia constante Î El par demandado por la carga aumenta a medida que la
velocidad disminuye. Potencia constante (molinos, tornos)
PAR
Pico de par
Área de
disponible
funcionamiento Área de
funcionamiento
intermitente
continuo
PAR
Carga a par constante Î Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras,
grúas, prensas de imprenta … etc)
Área de
funcionamiento
intermitente
Área de
funcionamiento
continuo
Pico de par
disponible
Área de
funcionamiento
intermitente
Par continuo
Par resistente requerido
Par resistente
requerido
Par continuo
» Carga a potencia constante
» Carga a par constante
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4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C.
RELACIÓN PAR – VELOCIDAD
Pico de par disponible
Área de funcionamiento
continuo
Área de
funcionamiento
intermitente
PAR
PAR
Pico de par disponible
Área de funcionamiento
continuo
Área de
funcionamiento
intermitente
Par continuo
Pa
te
te n
sis
r re
id
uer
req
o
Velocidad
» Par proporcional a la Velocidad
Pa
te n
sis
r re
erid
equ
te r
o
Par continuo
Velocidad
» Par proporcional al cuadrado de
la velocidad
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Gracias por su atención
Presentación
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Realizado
Pilar Navarro
Organizado
Departamento de Marketing
www.power-electronics.com
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