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Mando y regulación de máquinas eléctricas.Bloque II
Variación de Velocidad
Conceptos básicosPrinci1pio de funcionamiento
Criterios de selecciónInstalación y accesorios
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Breve recordatorio: Motor asíncronoArranque de motor
Arrancadores estáticosEl variador de velocidadPrincipio de funcionamientoCriterios de elecciónNecesidad de accesoriosInstalación del variador de velocidad
Campo de aplicación de cada modelo de variador.Ejemplos de aplicación
Temario
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MOTOR ASINCRONO DE JAULA DE ARDILLA
• Constitución
• Principio de funcionamiento• Curvas de par y corriente
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EL MOTOR ASÍNCRONO Composición
RotorRotor
EstatorEstator
CojinetesCojinetes
VentiladorVentilador
Caja de conexionesCaja de conexiones
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Campogiratorio
120º
E3 E2 E1
H1
H2H3
B1
B2B3
Devanados decalados 120 º, recorridos por ca trifásica.Los campos magnéticos creados se superponenpara formar un campo magnético bipolar giratorio.
MOTOR CA Estator
6
Campo magnéticogiratorio
Rotor de jaula ardilla
(sin el paquete de chapas)
MOTOR ASÍNCRONO ROTOR
El campo magnético giratorio induce en las barras metálicas(jaula de ardilla) intensas corrientes inducidas .
Las corrientes inducidas reaccionan creando un par motor queprovoca la rotación del rotor .
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MOTOR CA CARACTERISTICAS
8
nominalP 3 . U . .cos .= ϕ ηI
MOTOR CA POTENCIA
[ ] [ ]nominalrpm
P W = Par motor N.m . 2. .60
π
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( ) [ ]motor asincronof 60
n 1 s rpmp
×
= × −
MOTOR CA VELOCIDAD Y PAR
M = k ΦI2 M = k’ U2
10
EL MOTOR ASÍNCRONO Curvas
Par
Velocidad
Par de arranque1.5 Par nominal
Par nominal
Velocidad nominal
Velocidad de sincronismons = 60 f / pp
Par máximo2.5 Par nominal
Velocidad mínima
Corriente dearranque 6 . . 8 In
Corrientemáxima 3. .4 In
Corrientenominal In
Corriente
Z. INESTABLE Z. ESTABLE
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EL MOTOR ASÍNCRONO Conexionado
Conexión Triángulo
Conexión Estrella
U1, V1, W1
U1, V1, W1
W1
W1V1
V1
U1
U1
12
EL MOTOR ASÍNCRONO Conexionado
Las 3 fases se conectan a U1, V1, W1
230 V230 / 400 VTriángulo
690 V400 / 690 VEstrella
400 V400 / 690 VTriángulo
400 V230 / 400 VEstrella
TensiónU1, V1, W1Tensión placaMotorConexiónBornesConexión Estrella
Conexión Triángulo
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Breve Recordatorio Arranque de Motores
• Arranque directo
• Arrancador Estrella – Triángulo
• Arrancador Estático
• Variador de Velocidad
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ARRANQUE DIRECTO Esquema
- Q1
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15
5
4
3
2
1
0,25 0,50 0,75
Velocidad
Intensidad
7
I n t e n s i d a d a b s o r b i d a p o r e l
I n t e n s i d a d a b s o r b i d a p o r e l
m o t o r
m o t o r
Par
Velocidad
0,25 0,50 0,75
1
2
2,5
P a r r e s i s t
e n t e d e l a
m á q u i n a
P a r r e s i s t
e n t e d e l a
m á q u i n a
P a r m
o t o r
P a r m
o t o r
L1 L2 L3
ARRANQUE DIRECTO Curvas
16
ARRANQUE DIRECTO Resumen
Par inicial de arranque: 0,6 a 1,5 MnCorriente inicial de arranque : 4 a 8 InDuración media del arranque: 2 a 3 s
Ιa = 100 %
Ma = 100 %
Motores hasta 4KW.Máquinas pequeñas que puedan arrancar a plena carga,sin problemas mecánicos. (rodamientos, correas,cadenas, etc.)
Bombas, Ventiladores.
Aplicaciones
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- Q1
ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO Esquema
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L1 L2 L3
1er. tiempo
Estrella
L1 L2 L32º tiempo
TriánguloI n t e n s i d a d e n
I n t e n s i d a d e n a c o p l a m i e n t o
a c o p l a m i e n t o e s t r e l l a e s t r e l l a
I n t e n s i d a d e n
I n t e n s i d a d e n
a c o p l a m i e n t o t r i á n g u l o
a c o p l a m i e n t o t r i á n g u l o
( d i r e c t o )
( d i r e c t o )
5
4
3
1
0,25 0,50 0,75
Velocidad
Intensidad
2
6
1,00
Par de la máquina
P a r e
n t r i
á n g u
l o
P a r e
n t r i
á n g u
l o
( d i r e
c t o )
( d i r e
c t o )
P a r e
n e s t r
e l l a
P a r e
n e s t r
e l l a
Velocidad
Par
2,5
2
0,25 0,50 0,75
1
1,00
1,5
0,5
ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO Curvas
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ESTRELLA TRIANGULO Resumen
Par inicial de arranque: 0,2 a 0,5 Mn
Corriente inicial de arranque: 1,3 a 2,6 InDuración media del arranque: 3 a 7 s
Aplicaciones :Máquinas de arrancado en vacío,ventiladores y bombas centrífugas depequeña potencia.
Máquinas-herramientaMáquinas para madera, etc..
Ιa = 33 %
Ma = 33 %
-
22
Ventajas:– Arrancador relativamente económico.– Buena relación par / intensidad
– Reducción de la corriente de arranque
-
ESTRELLA TRIANGULO Resumen
Inconvenientes:– Par pequeño en el arranque– Corte de alimentación en el cambio (transitorios).– Conexión motor a 6 cables.
– No hay posibilidad de regulación
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ARRANCADOR ESTÁTICO Esquema
ATS48
ATS01
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Tensión encada fase
Tiempo de rampa
Fase completaα.
– La orden de marcha produce el cebado de los tiristores con unángulo de retardo α– Durante el tiempo de rampa el retardo se va reduciendo.– Al final del tiempo de rampa el retardo es cero,
llegando toda la tensión a bornas del motor.
ARRANCADOR ESTÁTICO Rampas
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ARRANCADOR ESTÁTICO Curvas
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Bombas, ventiladores, compresores,cintas transportadoras.Manejo de productos frágiles.
Transmisiones a correas, cadena.
ARRANCADOR ESTÁTICO Resumen
Par inicial de arranque: RegulableCorriente inicial de arranque : Regulable
Duración media del arranque: Regulable
Aplicaciones
Ιa = Regulable
Ma = Regulable
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Ventajas: – Arranque suave y Parada ralentizada
– Ajuste en la puesta en servicio.– Solución compacta.– Tecnología estática.
ARRANCADOR ESTÁTICO Resumen
Inconvenientes:– Precio.
–No frena, ni para en rampa.–Tiempo parada ralentizada mayor que rueda libre
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VARIADOR DE VELOCIDAD Esquema
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VARIADOR VELOCIDAD Resumen
Ιa = Regulable
Ma = Regulable
Par inicial de arranque: Regulable
Corriente inicial de arranque : RegulableDuración media del arranque: Regulable
Velocidad variable y arranque yparada suaves en:
Bombas, ventiladores, compresores,cintas transportadoras, elevación,.....
Aplicaciones
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VARIADOR VELOCIDAD Ventajas e Inconvenientes
Ventajas: – Arranque y Parada suaves.– Velocidad ajustable.
– Ajuste en la puesta en servicio.– Tecnología estática.– Ahorro de energía– Frenado– Lazo de control con sensor externo
Inconvenientes:
– Precio.
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Criterios de Elección del modo de arranque
• Hemos visto los diferentes modos de arranque
• Cada uno aporta una serie de posibilidades
• Se trata ahora de elegir uno de ellos.
• Para ello debemos tener en cuenta– Prestaciones técnicas realmente necesarias– Precio de la solución propuesta
• Proponer siempre el modo de máximas prestaciones es posible.Pero en muchas ocasiones no será técnica y/o económicamenterazonable
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Criterios de Elección del modo de arranque
REGULABLE
REGULABLE
3 – 7 s.
2 –3 s.
TIEMPO PARADACORRIENTEPAR DEARRANQUE
VARIADOR
ARRANCADORESTÁTICO
ESTRELLATRIANGULO
DIRECTO
Controlada1 a 2 InREGULABLE
Ralentizada3 a 4 InREGULABLE
Rueda Libre2 a 3 InAprox. 0,5Mn
Rueda Libre6 a 8 InAprox. 1,5Mn
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Criterios de Elección del modo de arranque
ARRANQUE DIRECTO
Técnicamente aplicable a cualquier potencia
El Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión limita su uso amotores de hasta 4KW.Máquinas pequeñas que puedan arrancar a plena carga, sinproblemas mecánicos. (rodamientos, correas, cadenas, etc.)Bombas, Ventiladores.
OBJETIVO
Arrancar con todo el par disponible
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Criterios de Elección del modo de arranque
ARRANQUE ESTRELLA–TRIANGULO, AUTOTRANSFORMADOR,RESISTENCIAS ESTATÓRICAS
Máquinas que arrancan en vacío:
Máquinas-herramientaMáquinas para madera, etc..
Ventiladores y bombas centrífugas
OBJETIVOArrancar con menos corriente
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Criterios de Elección del modo de arranque
ARRANCADOR ESTATICO
Maquinas sensibles a los golpes de par:
Manejo de productos frágiles, cintas transportadoras.Transmisiones a correas, cadena.
Bombas, ventiladores, compresores,
OBJETIVOArrancar sin golpes de par
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Criterios de Elección del modo de arranque
VARIADOR DE VELOCIDADAplicaciones que requieran todos o alguno de estos puntos:
Arranque suave de perfil programableVelocidad variable
Diversas leyes de control. Ahorro de energíaRegulación PID de velocidad con sensor externoRegulación de par, par a cero rpmParada controlada, frenadoFunciones añadidas, especificas del accionamientoIntegración en red de comunicaciones y supervisión
OBJETIVO
Optimizar el accionamiento de la aplicación controlando el arranque,funcionamiento y parada del motor
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VARIADOR DE VELOCIDAD Funcionamiento
• Esquema de funcionamiento del variador de velocidad• Principio de funcionamiento• El PWM• Ley tensión frecuencia• Control de flujo vectorial
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( ) [ ]motor asincronof 60
n 1 s rpmp
×
= × −
MOTOR CA Variación de velocidad
¿DE QUE DEPENDE LA VELOCIDAD DEL MOTOR ASÍNCRONO?
n velocidad rpmf frecuencia Hzp pares de poloss deslizamiento
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Variador de Velocidad Valores añadidos
• Arranque suave de perfil programable
• Velocidad variable
• Diversas leyes de control. Ahorro de energía
• Regulación PID de velocidad con sensor externo
• Regulación de par, par a cero rpm
• Parada controlada, frenado
• Funciones añadidas, especificas del accionamiento
• Integración en red de comunicaciones y supervisión
40
Valores añadidos Aceleración
Aceleración DeceleraciónRégimen estable
Velocidad
Tiempo
Aceleración
Velocidad
Tiempo
Vn
Aceleración en rampa ajustable Lineal Doble rampa En S En U Segunda rampa
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Valores añadidos Regimen Estable
Aceleración DeceleraciónRégimen estable
Velocidad
Tiempo
Velocidad
Tiempo
Vn
Régimen Estable Velocidad variable linealmente Cambio en rampa Regulación de Par Par a cero rpm
42
Valores añadidos Deceleración
Aceleración DeceleraciónRégimen estable
Velocidad
Tiempo
Velocidad
Tiempo
Deceleración En todos los tipos de rampa Parada rápida Rueda libre
Frenado en rampa Frenado por inyección CC
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Valores añadidos 4 Cuadrantes
PAR
VELOCIDAD
PARPAR
VELOCIDADVELOCIDAD
PARPAR
VELOCIDADVELOCIDAD
PARPAR
VELOCIDADVELOCIDAD
PARPAR
VELOCIDADVELOCIDAD
• Las acciones de cambio rápido de velocidad, inversión del
sentido de giro y frenado exigen el trabajo en cuatrocuadrantes• Incluidos los que presentan un par que se opone a la velocidad
44
Valores añadidos Ahorro de energía
M1.7 Mn
0.8 Mn
FrS
Mn
Tipo P3
• Ley de controladaptada a lascaracterísticas de lamáquina. Par variable
• Ley de controladaptativa. Ley de Nold
• Coseno de φ practicamente igual a 1lo que representa noconsumir energía
reactivaF
M
FrS
1.7 Mn
Mn0.8 Mn
Tipo nLd3 5 10
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VARIADOR DE VELOCIDAD Potencia
PuentePuenteRectificadorRectificador
Bus deBus deContinuaContinua
PuentePuenteOnduladorOnduladorTrifásicoTrifásico
V1, f1V2,f2
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPartiendo de la red trifásica ó monofásica que nos suministra unatensión V1 y una frecuencia F1 fijas:
Rectificamos Almacenamos en una batería de condensadores Ondulamos 3 fases de frecuencia F2 y tensión V2 variables
46
RESISTENCIA
DE FRENADO
RST
FRENADO
RECTIFICACION
ALIMENTACION
VARIADOR DE VELOCIDAD Bloques
ONDULACION
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Función principal del variador
L1 UL2 V
L3 W
t
t
Puente rectificadorde 6 diodos
Puente inversorcon 6 IGBT
Condensadoresdel bus CC interno
48
FUNCIONAMIENTO DEL ONDULADOR
GENERAR LA FRECUENCIA
– El Ondulador genera 3 fases desfasadas 120º
– Una combinación determinada de transistores en conduccióngeneran impulsos positivos– Con otra combinación generamos impulsos negativos
– Cada frecuencia requiere un tiempo de impulsos positivos,seguidos del mismo tiempo de impulsos negativos
– El variador controla estos tiempos de conducción para
conseguir generar la frecuencia según el valor de consigna
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FUNCIONAMIENTO DEL ONDULADOR
GENERAR LA TENSION
– La Tensión es generada según esté programado el variador
– La asociación de una tensión a una frecuencia se hace según laLey de Control del motor
– Existen varias Leyes de Control que se basan en dos principios:– Cada frecuencia tiene asignada una tensión ( Ley U / F )– Se obtiene por cálculo (Control de Flujo Vectorial)
– En algunos variadores admiten cualquiera de la leyes, mientrasotros están especializados en ciertas leyes.
– La tensión se obtiene por Modulación de Anchura de Pulso( PWM = Pulse Wide Modulation )
50
FUNCIONAMIENTO DEL ONDULADOR PWM• Pulse Wide Modulation• Para conseguir la tensión deseada
en cada momento se dispone de:– Bus de continua a una tensión
constante
– Un puente de transistoresque trabajan en conmutación• Las órdenes llegan a los
transistores desde la CPU• El ancho de cada pulso (tiempo
de conducción) variaconstantemente y depende:– De la tensión deseada (Ley
de control)
– De la forma de onda deseada(senoidal)
CPU
LEY DE CONTROL
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51
Modulación de Anchura de Pulso 2ms/Div
52
Modulación de Anchura de Pulso 500μs/Div
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Modulación de Anchura de Pulso 200μs/Div
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LEY TENSIÓN / FRECUENCIA
Z = r +2 f L
– Conseguimos la velocidad deseada generando la frecuenciaadecuada.
– Cada frecuencia tiene asociada una tensión, para tener lacorriente necesaria para crear el Par.– Cambiamos la tensión porque la variación de frecuencia cambia
la impedancia
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LEY TENSIÓN / FRECUENCIA
1.7 Mn
Mn
0.8 Mn
Tipo L
56
PAR VARIABLE
M
1.7 Mn
0.8 Mn
FrS
Mn
Tipo P3
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CURVA NOLD
F
M
FrS
1.7 Mn
Mn
0.8 Mn
Tipo nLd
3 5 10
58
FUNCIONAMIENTO Control vectorial de flujo
Frecuencia
Par / Par nominal
CONTROL
VECTORIAL
DE FLUJO
1
0,5
1,72
1 Hz 80 Hz50 Hz25 Hz
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Control de flujo vectorial
M = F x IaF Ia F IR
M = F x IR (producto de vectores)
Flujo y par se pueden ajustarseparadamente uno del otro Flujo y par (corriente de rotor = corriente activa) sóloson controlables actuando conjuntamente sobre latensión y la frecuencia
Motor cc: Motor trifásico de inducción
60
CONTROL DE FLUJO VECTORIAL
1.7 Mn
0.8 Mn
FrS
Mn
Tipo n
Compensación automáticadel deslizamiento para ley tipo n
1 3
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61
Hz V A V A V A V A V A V A V A V A
10 1,44 1,29 1,44 1,52 0,78 1,39 1,2 1,22
20 1,51 1,49 144 1,49 154 1,59 0,91 1,24 94 0,6 132 1,23
30 180 1,55 178 1,56 179 1,5 186 1,62 159 1,06 158 1,27 120 0,62 154 1,24
35 197 1,55 195 1,58 195 1,51 205 1,62 179 1,14 178 1,33 132 0,63 165 1,27
40 212 1,56 213 1,6 211 1,51 219 1,63 208 1,28 205 1,41 140 0,62 175 1,27
45 227 1,55 226 1,61 225 1,52 231 1,62 222 1,39 220 1,49 152 0,63 185 1,28
50 236 1,43 232 1,46 239 1,52 234 1,46 238 1,43 233 1,46 161 0,64 194 1,27
PAR CONSTANTE
SIN CARGA CON CARGA
CONTROL VECTORIAL
SIN CARGA CON CARGA
PAR VARIABLE AHORRO ENERGÉTICO
SIN CARGA CON CARGA SIN CARGA CON CARGA
COMPARATIVA LEYES DE CONTROL
Valores orientativos, tomados con un Fluke 43B durante un curso.No se dan las condiciones de laboratorio, ni de precisión del instrumento
62
Control Bloques
Partepotencia
Parte control común
CodificadorOpción 3
CartaOpción 2
µCPotencia
µC Apli cación
Conexión serie
CartaOpción 1
Cartacontrol
Terminalintegrado
Conector 1 : MBSRJ45 (terminal)
Conector 2 : RJ45CanOpenModbus
Conexión serierápida
Aislamiento
Terminalgráfico
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Control Parámetros
• El control del variador depende del ajustede los diferentes parámetros
• La parametrización puede hacerse desdecónsola o PC
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ATV61 ATV61De 0,75 kW a 630 kW 380/480 V
De 0,75 kW a 90 kW 200/240 V
ATV 78 ATV 78 690 V
Gama Variadores
ATV 71 ATV 71Par constantePar constante
De 0,37 kW a 90 kW 208/230 VDe 0,75 kW a 500 kW 380/480 V
0.1 0.37 0.75 1.5 2.2 3.77.5
11 30 220 500 150075 630 1200
Prestaciones5
4
3
2
1
Pot.kW
ATV 31De 0,37 a 15 kW200/230 V 380/500 V525/600 V
ATV21 ATV21De 0,75 kW a 30kW200/240V380/480V
ATV 11De 0,18 a 2.2 kW100/200/230 V
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Criterios de Elección Variadores
• Tipo de aplicación que requiere:• Par constante (ATV11, 31, 71)• Ahorro de energía (par variable) (ATV11, 31, 61)
• HVAC (ATV21, 61 )• Caracteristicas eléctricas
– Potencia• Pequeña (ATV11)• Media (ATV21, 31)• Grande (ATV61,71)
– Tensión
• Standart (ATV11, 21, 31, 61, 71)• Especial 690 V (ATV 78)• Cartas Opción (ATV21, 61, 71)
66
Criterios de Elección Datos clave
• La selección para motores asíncronos standart puede hacersecon los datos citados anteriormente.
• Casos especiales:• Aplicaciones Multimotor• Motores especiales (Rotor cónico, rotor bobinado)• Motores antiguos
– Para estos casos usaremos siempre ley de control U / F– El parámetro decisivo será la corriente nominal del motor,
la suma de corrientes en las aplicaciones multimotor.La selección se hará verificando que la corriente resultantese ajuste a la nominal del variador elegido, no pudiendo
superarse nunca la corriente máxima del variador
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Variador Tarjetas de Ampliación
• Tarjetas extensión entradas/ salidas– entradas/ salidas lógicas– entradas/ salidas extendidas
• Tarjeta programable “Controller Inside• Tarjetas de comunicación• Tarjetas de encoder
68
Variador Posibilidades de Comunicación
• Unicamente carga y descarga de parámetros desde PowerSuite (ATV11)
• Los variadores compactos ATV31 integran Modbus y Can Open
• Los variadores multifunción (ATV61, 71) unen a lascaracteristicas de los anteriores la posibilidad de cartasopción para comunicaciones en redes: Ethernet, Profibus,Devicenet, Interbus, Fipio, Modbusplus, Modbus-Unieteway
• Los variadores para HVAC (ATV21, 61) permiten cartas opción
para redes propias de dicha aplicación: Lonworks, Apogee FLN,METASYS N2, BACnet
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Variador de Velocidad Controler Inside• RJ45• Conector Sub-D CANopen• Alimentación 24V DC
• 10 Entradas lógicas 24 Vcc• 6 Salidas lógicas 24 Vcc• 2 Entradas Analógicas 0-20mA• 2 Salidas Analógicas 0-20mA• 5 LEDs para visualización• 4 Interruptores• 1 Batería (NVRAM)• Recursos de la aplicación: 320 Kbytes para el programa
128 Kbytes para los datos globales8124 bytes memoria( NVRAM)
• Programable en CoDeSys
70
Variador de Velocidad Controler Inside• Tarjeta multibomba: 2 referencias basadas en la "controller inside"
– Multibomba estándar•Asegura la total compatibilidad con ATV38/58•Tiene el mismo funcionamiento que la carta
multibomba del ATV38/58•Pero con la flexibilidad del display gráfico del ATV61– Multibomba evolucionada
•Proporciona funciones evolucionadas para el control y la supervisión de estaciones de bombeo y riego•Compensación automática de la presión en funciónde las pérdidas de carga,
•Mejor control de la conmutación de bombas sin golpes depresión,
•Programación dia/noche para optimización de ahorro de energía•Usa los recursos y la flexibilidad de la “controller inside"
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Criterios de Elección Necesidad accesorios
• Determinaremos la necesidad de accesorios en base a laaplicación y el entorno de la misma
• Los accesorios son necesarios para:
– Instalar el equipo en un entorno determinado
– Compatibilidad electromagnética• Asegurar la compatibilidad electromagnética entre el
equipo y el resto de la instalación• Cumplir la normativa
– Potenciar alguna capacidad del equipo
72
Accesorios adaptación al entorno
• Montaje sin envolvente– Kit de adaptación a grado de protección IP21 ó IP31– Kit de adaptación a grado de protección IP54
• Montaje empotrado– Kit de adaptación montaje empotrado en envolvente estanca
• Montaje en envolvente estanca– Kit de ventilación
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Accesorios adaptación CEM• Objetivos
– Lograr la compatibilidad electromagnética del equipo y elresto de la instalación
– Cumplir la normativa CEM aplicable al entorno de lainstalación• Incompatibilidades, el equipo emite y a la vez es sensible a:
– Armónicos– Transitorios de RFI
• Soluciones, tras buscar el origen de la perturbación usaremos:– Inductancias CC ó de Línea– Filtros pasivos
– Filtros RFI– Inductancias de salida– Filtros senoidales
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Accesorios Inductancia de línea
¿ Para que una Inductancia de línea ?
• Proteger el puente rectificador del variador• Reducción de corrientes armónicas
Inductancia de línea
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Accesorios Inductancia de línea
Protección del equipo
Perturbaciones
• Red con grandes perturbaciones de otros receptores(parásitos, sobretensiones).
• Red de alimentación con un desequilibrio de tensión entrefases superior al 1,8%de la tensión nominal.
Cortocircuito• Variador alimentado mediante una línea muy poco impedante
(cerca de transformador de potencia superior a 10 veces el
calibre del variador).
76
Accesorios Inductancias
Reducción de armónicos
• Instalación de un gran número de convertidores de frecuencia
en la misma línea.
• Reducción de la sobrecarga de los condensadores decorrección del cos φ, si la instalación incluye una batería decompensación del factor de potencia.
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Accesorios Inductancias• Los armónicos
• En esquema de la primera etapa
del equipo observamos unpuente rectificador y unabatería de condensadores
• Una vez cargados, loscondensadores, la corrienteabsorbida de la red será lanecesaria para mantenerloscargados
• El consumo será el del motor yel del propio equipo.
• Será irregular y no senoidal
RST
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Accesorios Inductancias• Implicaciones del consumo no
senoidal• Cuando la corriente es no
senoidal se producen armónicos• Los armónicos perturban el
entorno produciendo:– Aumento corriente de línea– Sobrecarga en conductores,
transformadores, equipos– Disparo de protecciones– Sobrecarga del Neutro– Armónicos en contra fase– Perturbación motores– Sobrecarga Bat. Reactiva– Fallos equipos sensiblesTrifásico Monofásico
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Accesorios Inductancias
¿ Inductancias de línea o en bus de CC ?• Los equipos > 15 KW integran inductancia en bus de CC• A los > 15 KW añadimos una inductancia de línea
• Su eficacia es prácticamente equivalente• Reducen los armónicos a valores medios de TDH = 80 %
Inductancia de línea Inductancia en bus CC
• Con inductancias opcionales es posible conseguir TDH = 48 %
80
Accesorios Inductancias
Normativa armónicos
Ambiente industrialNo existe normativa para instalaciones industriales
Ambiente residencialLa norma tiene en cuenta la potencia del equipo, la capacidad decortocircuito de la instalación y la presencia máxima de cadaarmónico para determinar el valor de TDH admisibleEn la mayoría de las ocasiones el uso de inductancias es suficiente
Para situaciones donde la norma es mas exigente debemos utilizar
otros recursos
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Accesorios Filtros RFI
• Perturbaciones RFI
– Estas radio-perturbaciones pueden ser conducidas o
radiadas– No hay radiación sin conducción
– Estas radio-perturbaciones existen en la entrada y en elmotor.
– Son ocasionadas principalmente por el “chopeado” delvoltaje de salida con altos dV/dt (PWM).
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Accesorios Filtros RFI
• Reducir las fugas a tierra
– Los variadores generan corrientes de fuga a tierra
2 fuentes principales: Las dV/dt de la tensión del motor genera corrientes de
fuga a tierra ricas en harmónicos a través de lascapacidades parásitas a tierra del variador, de los cablesdel motor y del motor.
Los filtros RFI genera una corriente de fuga en lafrecuencia de distribución a través de la fase al puente
capacitivo de tierra
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Accesorios Filtros RFI
Filtro RFI
InterruptorDiferencial
bearings
Corrientes de fuga de baja frecuencia (generadas por el filtr o CEM)
Corrientes de fuga de alta frecuencia (generadas principalmente por lascapacidades parásitas del cable motor)
• Circulación de corrientes de fuga
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Accesorios Filtros RFI• La amplitud de la corriente de fuga depende tanto de las capacidades
parásitas como del nivel de dV/dt.• El espectro depende de la frecuencia de corte.• La amplitud de la frecuencia de la red es relativamente débil en sistemas
trifásicos porque la corriente anula la mayor parte. La corriente residual
de 0.5 a 5mA se debe a la tolerancia de los condensadores del filtro.• En monofásico la amplitud es mayor (10mA-30mA) porque las corrientesno son eliminadas en el puente rectificador.
• Para otros harmónicos la amplitud puede ser mayor que 100 mAespecialmente si el cable a motor es apantallado.
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Accesorios Filtros RFI
Soluciones a disparos de interruptores diferenciales
– Utilizar una versión inmunizada• Ver oferta Merlin Gerin (Si, Vigirex o multi9) inmunizadosa las corrientes de fuga a alta frecuencia y con un retrasodel tiempo de disparo a la aplicación de la tensión. .
– Reducir la corriente de fuga a tierra del cable motor.• Utilizar una inductancia o filtro entre el variador y el
motor para reducir los dV/dt• No utilizar cable apantallado si no hay requerimiento de
CEM.• Reducir la frecuencia de corte• Reducir la longitud del cable entre el variador y el motor
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Accesorios Frenado• Los equipos pueden frenar sin ningún accesorio con una
potencia de hasta un 30% de la nominal.• Para frenados mas enérgicos necesitaremos según el equipo:
– Resistencia de frenado (Equipos con transistor de frenado)– Módulo de frenado y resistencia de frenado– Módulo regenerativo
• Tipos de frenado:– General
• Translación• Inversión
– Vertical• Elevación
• C. Inclinados
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Accesorios Frenado
Aplicación Elevación
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Accesorios por Aplicación Módulos Regen
–Gama de potencia
•400V 7kW a 200kW
•460V 18kW a 180kW
–Temperatura de funcionamiento:•5°C…40°C sin desclasificación,•55°C con desclasificación(3% /°C)
–CE : directiva baja tensión, UL–IP20–Protección térmica–Protección contra las sobrecargas
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Accesorios Filtros de salida
+ VDC buse.g. 400 * √2 = 566V
0 V
- VDC bus
Tensión de salida delvariador (PWM)dV/dt 2 a 10kV/µS
Intensidad motor casi senoidal
– ¿Por qué filtros de salida?– El chopeo de la tensión de salida de un variador mediante
IGBT’s genera variaciones rápidas de tensión (dv/dt).
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Accesorios Filtros de salida
– Las sobretensiones son generadas por las ondas reflejadasdebido a los dv/dt y a la mala adaptación de la impedanciaentre cable y motor.
– La amplitud y los dv/dt son principalmente función de lalongitud y del tipo del cable, así como de la técnica demodulación.
sobretensión
dV/dt
l cable
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Accesorios Filtros de salida
PWM Voltage at Motor Terminals
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
Time
V o l t a g e
Sobretensión en bornes del motor
Hasta 2 x V bus DC
p.e.: U línea =400VacCuadrante motor Û = 400xSQR2x2 = 1132VCuadrante generador (frenado)Û = 790x2 = 1580V
Sin embargo en ciertos casos lasobretensión puede sobrepasar 2 Vdc ...
+ Vdc
- Vdc
– Las sobretensiones y los dv/dt pueden degradar el aislamiento
de los bobinados del motor y de los cables.– Un aislamiento degradado provoca averias de cortocircuito
entre espiras, bobinas o fuga a tierra.
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Accesorios Filtros de salida
• Soluciones contra las sobretensiones
– Frecuencia de corte limitada de 4kHz a 8kHz
– Frecuencia de salida limitada a 100hz
– Inductancias motor
– Filtros senoidales
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Accesorios Inductancias motor
– Son inductancias que en combinación con la capacidadnatural del cable motor constituyen un filtro LC que
reducen los dv/dt.– Están disponibles para toda la gama de potencia
Inductancia de motor
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Accesorios Inductancias motor
Prestaciones de las Inductancias de salida
– Longitud de cable no blindado de 100 a 300 metros– Longitud de cable blindado de 50 a 150 metros
– Reducen los dV/dt por debajo de 500V/µS (400V)– Reducen las corrientes de fuga a tierra– Limitan las sobretensiones 1000 V a 400 V, 1150 V a 460 V.– Filtra las perturbaciones causadas por la apertura de un
contactor entre filtro y motor– Eficacia media en las sobretensiones– Mediocre en CEM radiadas
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Accesorios Filtros Senoidales
• Son filtros LC diferenciales y de modo común
• La tensión de salida es parecida a una senoide
• Disponibles hasta el calibre de 75kW• Longitud de cable hasta 1km
• CEM preponderante
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Accesorios Filtros Senoidales
Prestaciones de los Filtros senoidales
– Longitud de cable hasta 1km
– Eliminan prácticamente las corrientes de fuga HF a tierra
– Suprimen las sobretensiones
– Muy bien en CEM radiadas
– Evita la utilización de cable blindado
– Coste elevado
– Frecuencia de corte limitada de 4kHz a 8kHz
– Frecuencia de salida limitada a 100hz
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Accesorios Filtros de salida
• Medidas a tomar según la longitud de los cables motor
Hasta18kW 480V
A part ir de22kW480V
Software variador Filtro dv/dt Filtro Sinus
Blindado
No blindado
50 m
Software variador
100m 200m 300m
Filtro dv/dt
Software variador Filtro dv/dt Filtro Sinus
Software variador Filtro dv/dt
Cable
20 m
FiltroSinus
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Instalación Temperatura
Montaje A : 50 mm en cada ladocon obturador (IP41)
Montaje B : variadores yuxtapuestossin obturador de protección (IP20)
Montaje C : 50 mm en cada ladosin obturador de protección (IP20)
• - 10°C…+ 50°C sin desclasificación• Hasta +60°C con desclasificación el kit de ventilación de
control es necesario para ciertos calibres.
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Instalación
• El catálogo da la lista de las protecciones y contactores a asociar al variador pararespetar la coordinación de tipo 1 ó de
tipo 2• El disyuntor magnético asegura laprotección contra cortocircuitos
• El contactor permite aislar el variador dela red, en periodos largos de inactividad.Esto evita la carga innecesaria de loscondensadores y la entrada deperturbaciones. Evitando elenvejecimiento prematuro del variador
• La protección contra sobrecagas serealiza, según el ajuste, en el propiovariador.
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Instalación Cableado
El apantallado de los cables debe fijarse atierra en ambos lados y no debe serinterrumpido.
– Los niveles de CEM especificados están garantizados si elcableado es conforme a las recomendaciones de instalación.
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Instalación CableadoEqui-potencialidada Alta Frecuencia,
continuidad delas tierras.
Interconexiónde tierras
Conducciones separadaspara potencia y control.
Apantallado decable
de bajo nivel.
Apantallado a tierra
Mediante bridas,cajas CEM.
Cablesconectados
A las t ier ras
Instalación Cableado