I.E.S. ANTONIO JOSE CAVANILLES ALICANTE

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DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD
REGULACION DE VELOCIDAD DE MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS
Durante mucho tiempo, las posibilidades de regulación de la velocidad de los motores
asíncronos han sido muy escasas. En la mayoría de los casos, los motores de jaula se
utilizaban a su velocidad nominal. Los únicos motores que disponían de varias
velocidades fijas eran los de acoplamiento de polos y los de devanados separados, que
todavía se emplean de manera habitual.
Actualmente, los convertidores de frecuencia permiten controlar a velocidad variable
los motores de jaula. De este modo, pueden utilizarse en aplicaciones que, hasta hace
poco, quedaban reservadas para los motores de corriente continua.
Velocidad de sincronización
La velocidad de sincronización de los motores asíncronos trifásicos es proporcional a la
frecuencia de la corriente de alimentación e inversamente proporcional al número de
pares de polos que constituyen el estator.
N = 60 f
P
N: velocidad de sincronización en r.p.m.
f: frecuencia en Hz
p: número de pares de polos.
La siguiente tabla contiene la velocidad de rotación del campo giratorio, o velocidad de
sincronización, correspondiente a las frecuencias industriales de 50 Hz y 60 Hz y a la
frecuencia de 100 Hz, en base al número de polos.
Estos datos no significan que sea posible aumentar la velocidad de un motor asíncrono
alimentándolo a una frecuencia superior a la prevista aunque la tensión esté adaptada.
Es conveniente comprobar si su diseño mecánico y eléctrico lo permiten.
Teniendo en cuenta el deslizamiento, las velocidades de rotación en carga de los
motores asíncronos son ligeramente inferiores a las velocidades de sincronización que
figuran en la tabla.
Francisco Marti Sala
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Motores de jaula
La velocidad de un motor de jaula, según se ha descrito anteriormente, depende de la
frecuencia de la red de alimentación y del número de pares de polos. Por consiguiente,
es posible obtener un motor de dos o varias velocidades mediante la creación de
combinaciones de bobinados en el estator que correspondan a distintos números de
polos.
• Motores de acoplamiento de polos
Este tipo de motores sólo permite relaciones de velocidad de 1 a 2 (4 y 8 polos, 6
y 12 polos, etc.). Consta de seis bornas.
Para una de las velocidades, la red se conecta a las tres bornas correspondientes.
Para la segunda, dichas bornas están conectadas entre sí y la red se conecta a las
otras tres. Normalmente el arranque se realiza de manera directa, tanto a alta
como a baja velocidad.
• Motores de devanados estatóricos separados (Dahalander).
Estos motores, que constan de dos devanados estatóricos eléctricamente
independientes, permiten obtener cualquier relación de dos velocidades.
Principales tipos de variadores
Los variadores son convertidores de energía encargados de modular la energía eléctrica
que recibe el motor. Los tipos más habituales son:
• Rectificador controlado.
Suministra corriente continua a partir de una red alterna monofasica o trifásica y
controla el valor medio de la tensión.
•
Regulador de tensión.
Suministra tensión alterna a partir de una red alterna monofasica o trifásica, con
la misma frecuencia fija de la red y controlando el valor eficaz de la tensión.
•
Convertidor de frecuencia.
Suministra tensión alterna a partir de una red alterna monofasica o trifásica de
frecuencia fija, con valor eficaz y frecuencia variables según la ley U/f
constante. Se utiliza como variador de velocidad para motores asíncronos de
jaula.
Francisco Marti Sala
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El convertidor de frecuencia
El puente rectificador y los condensadores de filtrado convierten la tensión alterna
monofásica o trifásica de la red en tensión continua. A continuación, un puente
ondulador de transistores conmuta la tensión continua para generar una serie de
impulsos de anchura variable.
El ajuste de la anchura de los impulsos y de su repetición permite regular la tensión y la
frecuencia de alimentación del motor para mantener una relación U/f constante y, por
tanto, el flujo deseado en el motor. La inductancia del motor realiza el alisado de la
corriente (consulte el esquema inferior). El control de la modulación se lleva a cabo por
medio de un microprocesador y un ASIC. La modulación depende de las tensiones y las
frecuencias, por tanto, de las velocidades solicitadas en la salida.
Los convertidores de frecuencia son muy fáciles de utilizar para alimentar un motor de
jaula estándar. El par que se obtiene permite accionar todo tipo de máquinas, incluyendo
las de fuerte par resistente.
El convertidor de frecuencia hace posible que el motor funcione en ambos sentidos de la
marcha y permite la opción de frenado. La frecuencia de salida puede ser superior a la
de alimentación.
El variador también se utiliza como arrancador o ralentizador para la puesta en marcha y
la parada progresiva adaptada a una rampa. Integra la protección térmica del motor y la
protección contra cortocircuitos.
El diálogo con el operador se simplifica gracias a los diodos electroluminiscentes, los
visualizadores de 7 segmentos, las consolas de puesta en servicio y la posibilidad de
interconexión con un microordenador de tipo PC. El diálogo con los automatismos
puede realizarse por medio de un enlace serie o de un bus multipunto.
Francisco Marti Sala
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Arrancadores suaves para motores asincrónicos
El arrancador es un limitador de velocidad que permite un arranque suave, y también
una detención suave, a los motores asincrónicos.
Su utilización mejora los valores de arranque de los motores asincrónicos permitiendo
un arranque suave sin golpes y controlado. Su utilización permite la supresión de los
choques mecánicos que causan el desgaste, tiempos de mantenimiento y tiempos de
detención de la producción.
Limita la velocidad y las puntas de corriente
durante el arranque, en las máquinas para las
cuales una velocidad de arranque elevada no
es necesaria.
Están destinados a las aplicaciones simples
siguientes:
transportadoras, cintas transportadoras,
bombas.
ventiladores.
compresores.
pequeñas puertas automáticas.
máquinas a correas...
Los arrancadores suaves están equipados:
de un potenciómetro de ajuste (1) del tiempo
de arranque,
de un potenciómetro (2) para ajustar el nivel
de tensión de arranque en función de la carga del
motor,
de 2 entradas (3):
- 1 entrada z 24 V o 1 entrada c 110…240 V para
la alimentación del control que permite el
comando del motor.
Francisco Marti Sala
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Principales funciones de los arrancadores y variadores de velocidad electrónicos
Aceleración controlada
La aceleración del motor se controla mediante una rampa de aceleración lineal.
Generalmente, esta rampa es controlable y permite por tanto elegir el tiempo de
aceleración adecuado para la aplicación.
Variación de velocidad
Un variador de velocidad puede no ser al mismo tiempo un regulador. En este caso se
trata de un sistema dotado de un control con amplificación de potencia.
La velocidad del motor queda determinada por una magnitud de entrada (tensión o
corriente) denominada consigna o referencia.
Regulador de velocidad.
Un regulador de velocidad es un variador con seguimiento de velocidad.
Dispone de un sistema de control con amplificación de potencia.
La regulación permite que la velocidad sea prácticamente insensible a las
perturbaciones.
Generalmente la precisión de un regulador se expresa en % del valor nominal de la
magnitud regulada.
Deceleración controlada.
Cuando se desconecta un motor, su deceleración se debe únicamente al par
resistente de la máquina (deceleración natural).
Los arrancadores y variadores electrónicos permiten controlar la deceleración mediante
una rampa lineal, generalmente independiente de la rampa de aceleración.
Esta rampa puede ajustarse de manera que se consiga un tiempo para pasar de la
velocidad de régimen fijada a una velocidad intermediaria o nula:
.. Si la decelaración deseada es más rápida que la natural, el motor debe de desarrollar
un par resistente que se debe de sumar al par resistente de la máquina; se habla entonces
de frenado eléctrico, que puede efectuarse reenviando energía a la red de alimentación,
o disipándola en una resistencia de frenado.
.. Si la deceleración deseada es más lenta que la natural, el motor debe desarrollar un par
motor superior al par resistente de la máquina y continuar arrastrando la carga hasta su
parada.
Inversión del sentido de giro
La mayoría de los variadores actuales tienen implementada esta función. La inversión
de la secuencia de fases de alimentación del motor se realiza automáticamente o por
inversión de la consigna de entrada, o por una orden lógica en un borne, o por la
información transmitida mediante una red.
Francisco Marti Sala
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Frenado
Este frenado consiste en parar un motor pero sin controlar la rampa de desaceleración.
Con, los arrancadores y variadores de velocidad para motores asíncronos, esta función
se realiza de forma económica inyectando una corriente continua en el motor, haciendo
funcionar de forma especial la etapa de potencia. Toda la energía mecánica se disipa en
el rotor de la máquina y, por tanto, este frenado sólo puede ser intermitente. En el caso
de un variador para motor de corriente continua, esta función se realiza conectando una
resistencia en bornes del inducido.
Protecciones integradas
Los variadores modernos aseguran tanto la protección térmica de los motores como su
propia protección. A partir de la medida de la corriente y de una información sobre la
velocidad (si la ventilación del motor depende de su velocidad de rotación), un
microprocesador calcula la elevación de temperatura de un motor y suministra una señal
de alarma o de desconexión en caso de calentamiento excesivo. Además, los variadores,
y especialmente los convertidores de frecuencia, están dotados de protecciones contra:
.. Cortocircuitos entre fases y entre fase y tierra,
.. Sobretensiones y las caídas de tensión,
.. Desequilibrios de fases,
.. Funcionamiento en monofásico.
Estructura y componentes de los arrancadores y variadores electrónicos
Se componen de dos módulos generalmente montados en una misma envolvente:
•
•
Un módulo de control que controla el funcionamiento del aparato.
Un módulo de potencia que alimenta el motor con energía eléctrica.
El módulo de control
En los arrancadores y variadores modernos, todas las funciones se controlan mediante
un microprocesador que gestiona la configuración, las órdenes transmitidas por un
operador o por una unidad de proceso y los datos proporcionados por las medidas como
la velocidad, la corriente, etcétera...
El microprocesador gestiona las rampas de aceleración y deceleración, el control de la
velocidad y la limitación de corriente, generando las señales de control de los
componentes de potencia.
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.
Los parámetros de funcionamiento y las informaciones de alarma, y los defectos pueden
verse mediante displays, diodos LED, etc.
Francisco Marti Sala
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El módulo de potencia
El módulo de potencia está principalmente constituido por:
• Componentes de potencia (diodos, tiristores.
• Interfaces de medida de las tensiones y/o corrientes,
• En aparatos de gran calibre, un conjunto de ventilación.
Los componentes de potencia son semiconductores que funcionan en «todo o
nada», comparables, por tanto, a los interruptores estáticos que pueden tomar dos
estados: abierto o cerrado.
Estos componentes, integrados en un módulo de potencia, constituyen un convertidor
que alimenta, a partir de la red a tensión y frecuencia fijas, un motor eléctrico con una
tensión y/o frecuencia variables.
Francisco Marti Sala
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ELECCION DE UN VARIADOR
El número de aplicaciones que requieren el uso de un variador aumenta de manera
constante, aunque todavía no alcanza al de aplicaciones que utilizan un contactor.
Para las aplicaciones corrientes, que representan la gran mayoría de los casos, los
fabricantes incluyen tablas en sus catálogos que permiten seleccionar y determinar el
variador mas adecuado.
Dichas tablas corresponden a condiciones ambientales y de funcionamiento normales en
base ha:
• El tipo de motor que se alimenta, alterno o continuo.
• La tensión de la red.
• La potencia del motor.
Esquema básico de un variador de frecuencia
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
Conjunto variador de frecuencia compuesto básicamente de :
Rectificador de corrientes trifásicas.
Filtrado por condensador.
Paso de corriente continua a corriente alterna, a base de tiristores.
Detección de la intensidad de corriente Im absorbida por cada fase del motor.
Regulación de la variación de frecuencia.
Control de la velocidad, que con las referencias de Im (5), velocidad elegida (6)
y filtrado (3), actúa directamente sobre los tiristores a través de (8).
8) Control digital que envía la señal de (7) a (4).
Francisco Marti Sala
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(1) Contacto de relé de falla: permite señalizar a distancia el estado del variador.
(2) + 15 V interno. En caso de utilización de una fuente externa +24 V, conectar el 0 V de la
fuente al borne 0 V del variador, no utilizar el borne +15 V del variador, y conectar el común de
las entradas LI a +24 V de la fuente externa.
(3) Salida DO: salida analógica o salida lógica configurable. Tensión interna más 15 V o
externa +24V.
(4) Miliamperimetro o relé de bajo consumo.
(5) Módulo de frenado VW3 A11701, en caso de utilización de una resistencia de frenado.
Francisco Marti Sala
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(1) El valor de corriente corresponde a una red cuya Icc= 1 kA.
(2) El valor de corriente corresponde a una frecuencia de corte de 4 kHz.
(3) Durante 60 segundos.
(4) Con ventilador integrado.
Francisco Marti Sala
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PRACTICAS
VARIADOR DE FRECUENCIA ALTIVAR 16 (TELEMECANIQUE)
MANUAL DE PUESTA EN SERVICIO.
Verifica de acuerdo a su código, las características del VARIADOR.
-
ORGANIGRAMA DE PARAMETROS DE REGLAJE.
Potencia del VARIADOR.
Potencia máxima en CV del motor a maniobrar.
Tensión de alimentación. Monofasica o trifásica.
Tensión de salida. Monofasica o trifásica.
Ver y repasar los parámetros que son accesibles con el accesorio de
programación y visualizado.
Desmontar accesorio y colocar "tapadera", con el fin de no tener acceso a
modificación de parámetros una vez programado.
PRACTICAS CON EL VARIADOR.
* Previo.
Antes de la manipulación y entrada de datos en el variador, debemos tener
ajustados los parámetros por defecto de fabrica.
Abreviatura
dEc
Acc
LSP
HSP
Ufr
FLG
brA
UFt
tFr
Significado Concepto
Rampa de deceleración.
Rampa de aceleración
Velocidad pequeña.
Velocidad alta.
Relación de la tensión y frecuencia.
Ganancia del bucle de frecuencia
Adaptación automática rampa aceleración
Tipo de la Ley frecuencia
Techo de frecuencia (características fabricante motor)
Valor
3 sg
3 sg
0 Hz
50 Hz
20
33
ON
N
Ajustar los parámetros de características del motor a conectar.
Frs
Frecuencia nominal del motor
UnS Tensión nominal del motor
ItH Protección térmica del motor In
Francisco Marti Sala
50 Hz.
230 V
¿
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COMENTARIO SOBRE LOS PARAMETROS DE REGLAJE
Abreviatura
rdY
FrH
Lcr
ULn
Acc
dEc
LSP
HSP
UFr
FLG
ItH
UnS
FrS
tFr
UFt
brA
SLP
Comentario
Variador listo para funcionar.
Visualizacion de la frecuencia que cede el variador al motor en
cada momento.
Visualizacion de lectura del consumo de In del motor.
tensión de línea.
Tiempo de aceleración, tiempo en segundos que tarda en acelerar
de 0 Hz a 50 Hz.
Tiempo de deceleración, tiempo en segundos que tarda de 50 Hz a
0 Hz.
Baja velocidad. Frecuencia desde donde empieza la variación. Para
frenado colocar a 0 Hz.
Alta velocidad. Máxima velocidad que queremos que alcance el
motor.
Ley tensión Frecuencia. Si no nos mueve la carga a baja
frecuencia-velocidad hay que aumentar el par, se regula desde 0 –
99
(Ajustado de fabrica a 20) relacionado con UFT
dependiendo del tipo de carga.
Ganancia de bucle de frecuencia. Valor de fabrica 33. hay que
aumentar si no hay bastante respuesta de velocidad.
Protección térmica del motor. Ajustar a In del motor.
tensión nominal de la placa de características del estator del motor.
Frecuencia nominal del motor. Placa de características.
Frecuencia máxima salida del variador 40 – 200 Hz. Ajustar según
características del fabricante del motor.
Tipo de Ley tensión Frecuencia.
N Normal carga moderada.
P Bombas. Ventiladores con bombas centrifugas.
L En carga. Elevación, ciclos rápidos.
Adaptación rampa de aceleración, en ON se adapta
automáticamente al tiempo de aceleración.
En OF desacelera bruscamente, aunque salte el dispositivo de
protección.
Compensación de deslizamiento.
ON compensa las perdidas por rozamiento. Velocidad constante.
OF pierde fuerza.
Francisco Marti Sala
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PRACTICA Nº 1
Nombre………………………………………………… Fecha………………………
PUESTA EN MARCHA DE UN MOTOR A VELOCIDAD Y FRECUENCIA NOMINAL
•
* Previo.
•
Reseñar los valores de frecuencia FrH.
•
Reseñar los valores de tensión de red Uln.
•
Reseñar los valores de intensidad del motor Lcr.
•
Reseñar las r.p.m. con tacómetro.
PRACTICA Nº1
MAGNITUDES
FrH
Uln
Lcr
r.p.m.
Francisco Marti Sala
VALORES
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PRACTICA Nº 2
Nombre………………………………………………… Fecha………………………
PUESTA EN MARCHA DE UN MOTOR CON AUMENTO Y DISMINUCION DE
VELOCIDAD Y FRECUENCIA, TARANDO LOS VALORES.
•
* Previo.
•
Reseñar los valores de frecuencia FrH.
•
Reseñar los valores de tensión de red Uln.
•
Reseñar los valores de intensidad del motor Lcr.
•
Reseñar las r.p.m. con tacómetro.
Con los valores tFr a 100 Hz y 40 Hz.
PRACTICA Nº2
MAGNITUDES
FrH
Uln
Lcr
r.p.m.
Francisco Marti Sala
100 Hz
40 Hz
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PRACTICA Nº 3
Nombre………………………………………………… Fecha………………………
PUESTA EN MARCHA DE UN MOTOR CON AUMENTO Y DISMINUCION DE
VELOCIDAD Y FRECUENCIA MEDIANTE POTENCIOMETRO.
•
* Previo.
•
Reseñar los valores de frecuencia FrH.
•
Reseñar los valores de tensión de red Uln.
•
Reseñar los valores de intensidad del motor Lcr.
•
Reseñar las r.p.m. con tacómetro.
•
Variando la frecuencia mínima ( baja velocidad LSP valor 0 Hz y alta
Velocidad HSP 100 Hz ) y variando el potenciómetro a 20, 60 y 90 Hz.
PRACTICA Nº3
MAGNITUDES
FrH
Uln
Lcr
r.p.m.
Francisco Marti Sala
20 Hz
60 Hz
90 Hz
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PRACTICA Nº 4
Nombre………………………………………………… Fecha………………………
PUESTA EN MARCHA DE UN MOTOR A VELOCIDAD Y FRECUENCIA NOMINAL.
ACCIONANDO LA INVERSION DEL SENTIDO DE GIRO.
•
* Previo.
•
Reseñar los valores de frecuencia FrH.
•
Reseñar los valores de tensión de red Uln.
•
Reseñar los valores de intensidad del motor Lcr.
•
Reseñar las r.p.m. con tacómetro.
•
Accionar el conmutador de inversión y ver la deceleración y la aceleración.
PRACTICA Nº4
MAGNITUDES
FrH
Uln
Lcr
r.p.m.
Francisco Marti Sala
VALORES
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PRACTICA Nº 5
Nombre………………………………………………… Fecha………………………
AUMENTO Y DISMINUCION DE LA RAMPA DE ACELERACION Y
DECELERACION.
•
* Previo.
•
Reseñar los valores de frecuencia FrH.
•
Reseñar los valores de tensión de red Uln.
•
Reseñar los valores de intensidad del motor Lcr.
•
Reseñar las r.p.m. con tacómetro.
•
•
•
•
Ajustar los valores de dEc a 6 sg.
Ajustar los valores de Acc a 6 sg.
Ajustar los valores de dEc a 1 sg.
Ajustar los valores de Acc a 10 sg.
PRACTICA Nº5
MAGNITUDES
FrH
Uln
Lcr
r.p.m.
Francisco Marti Sala
6-6 sg
1-10 sg
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PRACTICA Nº 6
Nombre………………………………………………… Fecha………………………
AUMENTO Y DISMINUCION DE LA RAMPA DE ACELERACION Y
DECELERACION. E INVERSOR DEL SENTIDO DE GIRO.
•
* Previo.
•
Reseñar los valores de frecuencia FrH.
•
Reseñar los valores de tensión de red Uln.
•
Reseñar los valores de intensidad del motor Lcr.
•
Reseñar las r.p.m. con tacómetro.
•
Accionar el conmutador de inversión y ver la deceleración y la aceleración.
PRACTICA Nº6
MAGNITUDES
FrH
Uln
Lcr
r.p.m.
Francisco Marti Sala
6-6 sg
1-10 sg
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3ª EVALUACION
MODULO S. E. P
VARIADOR DE FRECUENCIA
Nombre………………………………………………….
Fecha……………………….
1. Explica los distintos tipos de Variadores que conoces.
2. Explica el funcionamiento del convertor de frecuencia.
3. Esquema básico de variador de frecuencia.
4. Comenta los siguientes parámetros:
FrH…………………………………………………………………………………….
Lcr……………………………………………………………………………………..
dEc………………………………………………………………………………….…
HSP……………………………………………………………………………………
Acc…………………………………………………………………………………….
tFr……………………………………………………………………………………….
Francisco Marti Sala
19