Variadores de frecuencia_

Variadores de Frecuencia

León Guibal Martinez Rafael

Definición

Es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia).

Variador de Velocidad

Los variadores de velocidad son dispositivos electrónicos que permiten variar la velocidad de los motores asincrónicos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión de red en magnitudes variables.Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de la aplicación sean:

Dominio de par y la velocidadRegulación sin golpes mecánicosMovimientos complejosMecánica delicada

Estructura Interna

Estructura Interna

Estructura básica del control PID

VOLTAJE/FRECUENCIA

VECTOR

PAR CONSTANTE

Tipos de variadores de frecuencia

Voltaje/frecuencia

Par constante

TERMINALES EXTERNAS

PANEL DE OPERACIÓN

SEÑAL ANALOGICA

COMUNICACIONES

PLC INTERNO

Formas de controlar un VFD

Accesorios para una instalación completa

Estructura de un VFD

¿Como seleccionar el variador?

Presentación

Características generales

DIMENSIONESDIMENSIONES

Capacidad de motor en Kw o Hp Aplicación Alimentación Frame necesario Comunicación

Preguntas necesarias para cotizar

Aplicaciones

SELECCIÓN

La forma correcta para especificar un Convertidor de Frecuencia es seleccionar un equipo que pueda suministrar como mínimo la corriente nominal del motor. Para esto debe revisar las tablas que indican las potencias de motores correspondientes a cada modelo de Convertidor de Frecuencia.Las corrientes nominales pueden variar según la velocidad y el fabricante.

SELECCIÓN• Verificar el rango de corriente tanto del variador como del motor.• Tipo de carga: Par constante, par variable, potencia constante,

cargas por impulsos.• Chequear que se haya seleccionado el voltaje de operación

correcta.• Tipo de motor: De inducción rotor jaula de ardilla o bobinado,

corriente y potencia nominal, factor de servicio, rango de voltaje• Confirmar el rango de velocidad requerido. La operación sobre

frecuencia nominal solamente es posible con un descenso en el torque del motor. La operación a baja frecuencia y alto torque puede ocasionar el sobrecalentamiento del motor debido a la falta de operación.

• Verificar el desempeño de la aplicación con sobrecarga. El drive limitará muy rápidamente la corriente a 150% de la corriente nominal del motor.

SELECCIÓN• En caso de que se requiera una parada rápida, se debe

considerar el uso de un resistor de frenado para absorber y disipar la energía o el empleo de variadores de velocidad con capacidad regenerativa o de operación de energía.

• Revidar las distancia de instalación entre el motor y el variador. Distancia superiores a 100 metros de cable estándar o mayor a 50 metros de cable apantallado puede requerir la aplicación de factores de corrección o la instalación de un reactor de salida para reducir la carga del convertidor debido a las corrientes debido a las corrientes transitorias capacitivas en los cables

• Tomar muy en cuenta las condiciones ambientales tales como la temperatura ambiente y altura sobre el nivel del mar. A temperaturas mayores a 50 C o alturas de trabajo superiores a los 1000 metros el equipo deberá ser derrateado, por lo que deberá considerarse variadores de mayor potencia para cubrir el derrateo.

DerrateoPresión del Aire

Todo sistema de aislación eléctrica sufre una degradación cuando permanece sobre una cierta elevación o altura geográfica por encima de un límite dado.En la medida que nos alejemos del nivel del mar, se va produciendo una disminución de la presión atmosférica, dado el menor peso de la columna de aire, y con ello una disminución de la rigidez dieléctrica.La forma en que se produce la disminución de la presión atmosférica en función de la altitud es aproximadamente exponencial, según la expresión:

Antes de los 1000 m.s.n.m la presión atmosférica decrece a razón de 1mmHg por cada 10 metros de elevación,

DerrateoRigidez Dieléctrica

La Rigidez Dieléctrica del aire (en condiciones normales de presión y temperatura) a nivel del mar es igual a 3 kV/mm.Cuando el sitio de instalación es en altura (> 1.000 m.s.n.m.),la disminución de rigidez, puede hacer que la aislación no soporte el nivel de voltaje que estaba especificado al nivel del mar y se produzca un arco eléctrico. La clase de aislación del elemento se ve influenciada por el airea su alrededor. Según la Ley de Parchen, la Rigidez Dieléctrica del aire es función de la presión y la distancia entre los electrodos

DerrateoRigidez Dieléctrica

Como consecuencia de la disminución de Rigidez del Aire, las distancias de aislación (distancias de fuga) se aumentan 1,25 %por cada 100 m de aumento en la altura a partir de los 1.000m.s.n.m. la siguiente relación, se aplica para determinar la distancia entre los electrodos (o entre la parte energizada y la tierra) en condiciones de altura geográfica:

Por ejemplo:La distancia entre una barra energizada y la carcasa metálica del equipo (que se encuentra aterrizada) es de 1 metro cuando se encuentra a nivel del mar, a una altitud de 3.500 msnm esta distancia deberá ser de 1,31 metros.

DerrateoEl voltaje y el factor de Derrateo Los fabricantes de equipos eléctricos, especifican la clase de aislación de acuerdo al voltaje de operación en lugares donde la altura no supera los 1.000 m.s.n.m. a mayores altitudes, la clase de aislación sufre una degradación (derrateo o derrating), según la Tabla siguiente(Voltaje de Aislación (en altura) = Voltaje de Operación (a nivel del mar) / Factor Derrateo):

DerrateoEl voltaje y el factor de Derrateo Por ejemplo:

Un sistema eléctrico que opera a 23kV a una altitud geográfica de 3.000 m.s.n.m (factor de derrateo 0,80 aprox.) necesitará una aislación mínima de 28,75kV.Según la norma IEEE la clase de aislación siguiente es 35kV. Por tanto, todos los aislantes que estén en contacto con el aire (aisladores, bushings, pararrayos, mufas de terminación, etc.) deberán tener una clase de aislación igual o superior a 35kV.

DerrateoEl voltaje y el factor de Derrateo Por ejemplo:

Un sistema eléctrico que opera a 23kV a una altitud geográfica de 3.000 m.s.n.m (factor de derrateo 0,80 aprox.) necesitará una aislación mínima de 28,75kV.Según la norma IEEE la clase de aislación siguiente es 35kV. Por tanto, todos los aislantes que estén en contacto con el aire (aisladores, bushings, pararrayos, mufas de terminación, etc.) deberán tener una clase de aislación igual o superior a 35kV.

Circuito recomendado

El circuito para utilizar un variador debe constar con algunos de los siguientes elementos, que deben ser verificados según el fabricante:

Interruptor automático: Su elección está determinada por las consideraciones de la red. La corriente de línea corresponde a la corriente absorbida por el variador a la potencia nominal de utilización, en una red inductiva que limite la corriente de corto-circuito a:-22kA para una tensión de alimentación de 400v-50Hz.-65kA para una tensión de alimentación de 400v-50Hz.


Contactor de línea: Este elemento garantiza un seccionamiento automático del circuito en caso de una emergencia o en paradas por fallas. Su uso junto con el interruptor automático garantiza la coordinación tipo 2 de la salida y facilita las tareas de puesta en marcha, explotación y mantenimiento.

Inductancia de línea: Estas inductancias permiten garantizar una mejor protección contra las sobretensiones de red, y reducir el índice de armónicos de corriente que produce el variador, mejorando a la vez la distorsión de la tensión en el punto de conexión. Esta reducción de armónicos determina una disminución del valor rms de corriente tomado de la fuente de alimentación, y una reducción del valor rms de corriente tomado por los componentes de la etapa de entrada del inversor (rectificador, contactor de precarga, capacitores).La utilización de inductancias de línea está especialmente recomendada en los siguientes casos:


-Red muy perturbada por otros receptores (parásitos, sobretensiones)- Red de alimentación con desequilibrio de tensión entre fases >1,% de la tensión nominal.-Variador alimentado por una línea muy poco impedante (cerca de transformadores de potencia superior a 10 veces el calibre del variador). La inductancia de línea mínima corresponde a una corriente de cortocircuito Icc de 22000 A.-Instalación de un número elevado de convertidores de frecuencia en la misma línea.- Reducción de la sobrecarga de los condensadores de mejora del cos ϕ, si la instalación incluye una batería de compensación de factor de potencia.

La selección es de acuerdo a la corriente nominal del variador y su frecuencia de conmutación. Existen inductancias estándar para cada tipo de variador.


-Filtro de radio perturbaciones: estos filtros permiten limitar la propagación de los parásitos que generan los variadores por conducción, y que podrían perturbar a determinados receptores situados en las proximidades del aparato (radio, televisión, sistemas de audio, etc.).Estos filtros sólo pueden utilizarse en redes de tipo TN (Puesta al neutro) y TT (neutro a tierra).Existen filtros estándar para cada tipo de variador. Algunos variadores los traen incorporados de origen.


-Resistencia de frenado: Su función es disipar la energía de frenado, permitiendo el uso del variador en los cuadrantes 2 y 4 del diagrama par-velocidad. De este modo se logra el máximo aprovechamiento del par del motor, durante el momento de frenado y se conoce como frenado dinámico. Normalmente es un opcional ya que sólo es necesaria en aplicaciones donde se necesitan altos pares de frenado.La instalación de esta resistencia es muy sencilla: se debe ubicar fuera del gabinete para permitir su correcta disipación, y el variador posee una bornera donde se conecta directamente. De acuerdo al factor de marcha del motor se determina la potencia que deberá disipar la resistencia. Existen tablas para realizar esta selección. El valor óhmico de la resistencia es característico del variador y no debe ser modificado.


-Cableado:

- En los cables de control, utilizar cable trenzado y blindado para los circuitos de consigna. - Debe haber una separación física entre los circuitos de potencia y los circuitos de señales de bajo nivel. - La tierra debe ser de buena calidad y con conexiones de baja impedancia. - Cables con la menor longitud posible. - El variador debe estar lo más cerca posible del motor. - Cuidar que los cables de potencia estén lejos de cables de antenas de televisión, radio, televisión por cable o de redes informáticas.


-Cableado:

- En los cables de control, utilizar cable trenzado y blindado para los circuitos de consigna. - Debe haber una separación física entre los circuitos de potencia y los circuitos de señales de bajo nivel. - La tierra debe ser de buena calidad y con conexiones de baja impedancia. - Cables con la menor longitud posible. - El variador debe estar lo más cerca posible del motor. - Cuidar que los cables de potencia estén lejos de cables de antenas de televisión, radio, televisión por cable o de redes informáticas.


-Gabinete: Metálico o al menos en una bandeja metálica conectada a la barra de tierra. En los manuales de uso de los variadores se hacen las recomendaciones en cuanto al tamaño.-Ventilación: Debe estar de acuerdo al calor disipado por el equipo a potencia nominal. Se proveen, como opcionales, ventiladores adicionales y kits de montaje de ventilación que garantizan una protección IP4 sin perder la posibilidad de una buena disipación.-Puesta a tierra: La tierra debe ser de buena calidad y con conexiones de baja impedancia. Se deberá realizar la conexión a tierra de todas las masas de la instalación, así como las carcasas de los motores eléctricos. El sistema de puesta a tierra deberá tener una resistencia de un valor tal que asegure una tensión de contacto menor o igual a 24V en forma permanente.

Liga para verificar todas las familias de variadores OMRON

http://industrial.omron.es/es/products/catalogue/motion_and_drives/frequency_inverters/default.html

Liga para verificar todas las familias de variadores de frecuencia DELTA

http://www.delta.com.tw/product/em/drive/ac_motor/ac_motor_main.asp

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=1316

Referencias





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