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Variador de Velocidad
Variador de Velocidad
Variador de Velocidad
Electronica Industrial
Alumnos:
Antonio Isea C.I.17.011.997
Carlos Garrido C.I. 17.505.425
Enmanuel Quero C.I. 13.567.343
Seccion “A”
Electrónica
Agosto, 2010.
Variador de velocidad.
Variador de frecuencia
Existen ciertos factores que deben ser tomados en cuanta al diseñar un sistema de
variación de frecuencia, tales como:
c) Rentabilidad económica.
d) Estabilidad de funcionamiento a una velocidad dada.
Todos los variadores de frecuencia modernos cuentan con las siguientes partes
principales:
Los variadores de frecuencia más empleados son los PWM (Modulación de Ancho de
Pulsos) que emplean en el circuito de entrada puente de diodos rectificadores. En el
circuito intermedio poseen condensadores y bobinas para linealizar la tensión rectificada,
además las bobinas ayudan a disminuir el contenido armónico de la corriente generada
por el variador de frecuencia y por ende a mejorar el factor de potencia. Algunos
fabricantes emplean las bobinas de línea en lugar de las bobinas DC del circuito
intermedio, pero tienen la desventaja de ocupar más espacio, generar una caída de
tensión mayor y disminuir la eficiencia del variador.
La sección del inversor utiliza los IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) para
convertir la tensión continua del circuito intermedio en una tensión de salida con
frecuencia variable. Los IGBT envían pulsos de duración variable hacia el motor y como
respuesta se obtiene una corriente casi senoidal.
Los IGBT conmutan a una frecuencia entre 2 a 16kHz, llamada frecuencia portadora.
Una frecuencia portadora alta reduce el ruido acústico del motor pero disminuye la
eficiencia y la longitud permisible del cable hacia el motor. Además, los IGBT generan
mayor calor a una frecuencia portadora más alta. Los IGBT pueden generar altos picos de
voltaje que son potencialmente perjudiciales para el motor. Estos picos se producen por el
fenómeno de reflexión que duplica el voltaje del circuito DC. Cuando mayor es la longitud
de los cables, mayor el efecto de reflexión. Estos picos originan perforaciones en el
aislamiento del motor y gradualmente lo van destruyendo. Algunos fabricantes solo
permiten una longitud de 7m de cable hacia el motor. Para contrarrestar este efecto, se
emplean las bobinas de motor, permitiendo en algunos casos una distancia de hasta 300m
de cable al motor. Los nuevos IGBT de 3ra generación controlan mejor la generación de
los pulsos de voltaje y por lo tanto el efecto de deformación de onda es menor.
Hay dos tipos de variadores, par constante y par variable o cuadrático, los primeros se
utilizan en máquinas en las que el par motor no varía con la velocidad y los segundos em
sistemas en los que el par motor es dependiente de la velocidad, ventiladores, bombas
centrífugas, etc.
El módulo de control
Los límites de velocidad, las rampas, los límites de corriente y otros datos de
configuración, se definen usando un teclado integrado o mediante PLC (sobre buses de
campo) o mediante PC.
Del mismo modo, los diferentes comandos (marcha, parada, frenado...) pueden
proporcionarse desde interfaces de diálogo hombre/máquina, utilizando autómatas
programables o PC.
El módulo de potencia
Principio de funcionamiento
RPM = (120 x f ) / p
Donde
En los motores asíncronos las revoluciones por minuto son ligeramente menores
por el propio asincronismo que indica su nombre. En estos se produce un desfase mínimo
entre la velocidad de rotación (RPM) del rotor (velocidad "real" o "de salida")
comparativamente con la cantidad de RPMs del campo magnético (las cuales si deberían
cumplir la ecuación arriba mencionada tanto en Motores síncronos como en motores
asíncronos ) debido a que sólo es atraído por el campo magnético exterior que lo aventaja
siempre en velocidad (de lo contrario el motor dejaría de girar en los momentos en los
que alcanzase al campo magnético)
Ejemplo:
Donde Tm es el par motor, Tr el par resistente, J es el momento de inercia del
conjunto motor-maquina accionada y w es la velocidad angular de dicho conjunto.
Por lo tanto, para que el conjunto comience a girar se necesita que el par motor
supere al par resistente, de manera de generar una aceleración angular de arranque. El
proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el par motor con el par resistente,
estabilizándose la velocidad de giro del motor.
Por otro lado, los dispositivos de arranque pueden ser de operación manual o por
contactores. Estos últimos permiten efectuar el mando a distancia del motor con cables
de secciones pequeñas (sólo se requiere la corriente necesaria para la bobina del
contactor), lo que facilita el accionamiento y diseño del dispositivo de control por trabajar
con intensidades reducidas.
Hay varios tipos de arranques de motor, los más empleados en la industria son:
Arranque estrella y triángulo.
Las conexiones de un motor son muy sencillas de realizar, para ello el fabricante
dispone en la carcasa del motor de una caja de conexiones con 6 bornes, en donde
nosotros haremos las conexiones pertinentes, dependiendo de si deseamos una conexión
tipo estrella o una conexión tipo triángulo:
Las particularidades más interesantes son que las resistencias tienen un número
limitado de arranques cada X tiempo, que debe ser señalado por el propio fabricante. La
ventaja que tiene este tipo de arranque, es que no hay una caída de tensión, algo que si
sucede con el arranque estrella-triángulo. Se utiliza en motores que deben accionar
máquinas con un par bajo en su arranque.
Esquema
S1:
S2:
Desconecta a KM2 y F2. Inicio del paro del motor, tiene una inercia.
Arranque en Kusa.
En este tipo de arranque se coloca una sola resistencia en una de las fases, es
indiferente la fase que se elija. El valor de la resistencia debe de suministrarlo el propio
fabricante del motor.
Como todos los tipos de arranques que estamos viendo, tiene la finalidad de
reducir la intensidad de arranque. Se utiliza en motores de pequeña y mediana potencia
que necesitan un reducido par de arranque.
Esquema
Funcionamiento:
S1:
S2:
Desconecta todo el circuito. Inicio del paro del motor, tiene una inercia.
Arranque con autotransformador.
Esquema
Los arrancadores electrónicos son una mejor solución que los autotransformadores
gracias a la posibilidad de su arranque suave, permitiendo un aumento en la vida útil de
todas las partes involucradas.
Al iniciar el arranque, los tiristores dejan pasar la corriente que alimenta el motor
según la programación realizada en el circuito de maniobra, que irá aumentando hasta
alcanzar los valores nominales de la tensión de servicio.
Estos arrancadores ofrecen selección de parada suave, evitando por ejemplo, los
dañinos golpes de ariete en las cañerías durante la parada de las bombas; y detención por
inyección de corriente continua para la parada más rápida de las masas en movimiento.