Iniciación a la variación de velocidad

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 CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS

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Objeto y principio de la variación de velocidad Fijar la velocidad de movimiento Varias velocidades por movimiento Aproximación (lento) Trabajo (rápida) Retorno (muy rápido) Mantener la velocidad constante Variaciones en la red Variaciones en la carga


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Arrancar y parar con suavidad Menor corriente arranque Menor golpe mecánico Posicionar Ajustar un parámetro proceso Presión, caudal, etc. Bobinado, V. Corte lineal Sincronizar 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 CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS

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Los cuatro cuadrantes PAR

VELOCIDAD PAR

VELOCIDAD *

*

PAR VELOCIDAD

VELOCIDAD PAR CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS

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VELOCIDAD PAR 9/46

Carga arrastrada

Pot. Eléctrica

CARGA

MAQUINA

RED

VELOCIDAD

VELOCIDAD

PAR

PAR


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

= CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS

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21/46 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 CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS

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SELECCIÓN DEL VARIADOR


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Criterios de selección

Características técnicas aplicación Coste de variador + motor + instalación Coste de mantenimiento 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

29/46 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


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 CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS

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37/46 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


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


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 CENTRO DE FORMACION M. CAÑADAS

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