Incremento de la producción ya que la velocidad del motor de puede aumentar a elección sin intervenir en el proceso.

Transcripción

1 Características Los reguladores de velocidad son controles electrónicos de motores que controlan la velocidad y el par de los motores de corriente alterna convirtiendo las magnitudes físicas de frecuencia y tensión de la red de distribución de electricidad en magnitudes infinitamente variables, pero manteniendo la relación entre ellas constante. Ventajas de convertidor de frecuencia Es capaz de controlar la velocidad sin pérdidas notables. Se consume sólo lo que se necesita con lo que se ahorra energía. Por ejemplo, una reducción de un 25% de velocidad significa que se produce un ahorro del 50%. Aproximadamente se disminuye el consumo de energía en 1/3 cuando se reduce rápidamente la velocidad. No presenta piezas móviles por lo que su duración es por lo menos igual a la del resto de partes del sistema con lo que se aprovecha al máximo el motor de inducción. Incremento de la producción ya que la velocidad del motor de puede aumentar a elección sin intervenir en el proceso. Mejora del entorno de trabajo (en instalaciones de climatización y ventilación) ya que la velocidad de los ventiladores se puede ajustar a la demanda de ventilación con el fin de evitar ruidos de corriente de aire. Se puede usar junto con motores antideflagrantes, situando el regulador y el motor en lugares separados. Reducción de los costes de mantenimiento.

2 V D C Modo de trabajo del convertidor El convertidor está formado por dos etapas (Fig 5): un rectificador no controlado (Fig 6) que convierte la tensión alterna de la red en continua y un inversor ondulador que convierte la tensión continua en alterna que se le suministra al motor. Fig. 5.- Etapas de la electrónica del convertidor Rectificador de diodos no controlado Circuito de pre-carga Resistencia de frenado (opcional) Tensión en el circuito intermedio: Fig. 6.- Rectificación.

3 El inversor actúa de fuente de intensidad para el inversor con lo que el microprocesador que controla el proceso produce una regulación perfecta en régimen transitorio (aceleración, rampas) y régimen permanente (velocidad elegida). Este microprocesador es el que realiza realmente la regulación. El fundamento es mantener en todo momento la relación V/f constante (Fig. 7), con lo que se consigue que se pueda variar la velocidad, no aumente la intensidad en el rotor y el par se mantenga constante en la zona de no saturación, es decir, hasta la tensión y frecuencia nominales del motor. 2.5 Par máximo 2.0 Par nominal Flujo constante Fig. 7.- Relación V/f. Debilitamiento de campo A frecuencias mayores de la frecuencia nominal la velocidad se puede modificar pero el par empieza a bajar ya que no es posible aumentar la tensión por encima de la nominal y por tanto la relación U/f deja de ser constante y cada vez es más pequeña. En los convertidores MICROMASTER se puede aumentar la velocidad hasta 650 Hz, pero teniendo en cuenta que ya a 100 Hz el par ha bajado al 30% del nominal. Para frecuencias muy bajas tampoco se cumple la relación V/f constante, ya que si no, no habría tensión para hacer funcionar la máquina a esas velocidades. Existen 3 tipos de convertidores de frecuencia:

4 Convertidor de frecuencia con modulación por amplitud de pulsos PAM. Convertidor de frecuencia con modulación por anchura de pulsos PWM (Fig. 8). Inversor de corriente CSI. Tensión Intensidad 0V Tiempo Fig. 8.- Onda de tensión PWM. El principio de funcionamiento es el descrito anteriormente y es el mismo para los tres tipos. Nos centraremos en el tipo PWM que es el utilizado por los convertidores MICROMASTER. El inversor ondulador emplea transistores IGBT (Insulated Gate BipolarTransistors), los cuales son más fáciles de controlar, su velocidad de conmutación es elevada, y tienen muy pocas pérdidas (Fig. 9). Fig. 9.- Características de conmutación de un IGBT. Estos IGBT mediante impulsos de tensión recibidos en el terminal puerta (G), entran o salen de conducción por parejas, de tal forma que van generando la onda PWM (Fig 10).

5 V DC V A Valor medio de la tensión de salida: V A I A Corriente de salida: Tensión de salida: 1. Ambos transistores están cerrados. Toda la tensión del circuito intermedio se aplica a 2 de las fases del motor. La corriente aumenta. V DC Motor M 2. Uno de los transistores está cerrado. La inductancia que presenta el motor hace que la corriente circule a través del diodo de recuperación. La corriente cae levemente. V DC Motor M 3.-Mediante la variación constante de la modulación por ancho de pulso se puede obtener una onda cuyo valor medio es prácticamente una onda senoidal: V DC Fase U Motor M Punto de referencia para las mediciones t Fase V t = Tensión Fase W = Corriente t Fig.10.- Trabajo de los IGBT y formas de onda PWM de tensión y corriente. Protecciones del MICROMASTER Protección del convertidor contra cortocircuitos en pocos microsegundos por medio de las protecciones del hardware. El límite de intensidad se controla normalmente por los ajustes de hardware. El software también puede ser usado para calcular la capacidad de sobrecarga del motor.

6 Algunos modelos poseen una conexión para PTC de tal forma que el accionamiento se parará si el motor se sobrecalienta. Un sensor interno controla la temperatura para asegurar que el inversor no se sobrecalienta. El inversor puede ser protegido contra sobretensión lo que podría producirse durante el freno regenerativo. Conexionado del MICROMASTER El MICROMATER se conecta a una red monofásica o trifásica de 50 Hz y genera una red trifásica de tensión y frecuencia variable. Las conexiones de fuerza se pueden ver en Fig. 11 Fig.11.- Conexiones de fuerza. En cuanto al control, presenta las siguientes entradas/salidas: Entrada digital marcha/paro (DIN1 borne 5). Entrada digital inversión de giro (DIN2 borne 6). Entrada digital acuse de recibo (DIN3 borne 7). Tres salidas digitales a relé (bornes , 21-22, ). Entrada analógica 1, consigna de frecuencia (bornes 3 y 4), configurable en tensión o corriente. Salida analógica 1 (bornes 12 y 13), con información de frecuencia, tensión, intensidad o par, configurable en tensión o corriente. Salida analógica 2 (bornes 26 y 27), con información de frecuencia, tensión, intensidad o par, configurable en tensión o corriente.

7 Fig.12.- Conexiones de control. Control automático del MICROMASTER Para gestionar el Micromaster es necesario disponer de un sistema automático e inteligente de control, que gobierne las entradas citadas en el apartado anterior. Este sistema puede ser algún dispositivo programable específico o bien un PLC de uso general. El caso más típico sería el de un PLC ejecutando un algoritmo PID, recibiendo la señal de consigna desde un sensor de la instalación y generando una señal de salida analógica que se conectará a la entrada analógica 1 (AIN1) del Micromaster, situada en los bornes 3-4. Como ejemplo, una instalación frigorífica que necesita regular el caudal de ventilación en el condensador. Supongamos que la presión óptima de condensación es 12 bar. Esta presión puede variar en función sobretodo de las

8 condiciones ambientales (temperatura y humedad exterior en invierno o verano), dificultándose la condensación en verano y necesitando por tanto más caudal de aire. El bucle PID del PLC sería por tanto el siguiente: Consigna de presión 12 bar Señal de error PID DEL PLC Ganancia <0 Salida analógica PLC (o..10 V) Conexión al MICROMASTER Entrada analógica PLC (0..10 V) (4..20 ma) Sensor de presión en condensación Fig.13.- Bucle de regulación PID en el PLC. El funcionamiento PID es el siguiente: 1. Si el sensor mide 12 bar (presión óptima), la señal de error es 0 y el PID se encuentra en estado estático, de forma que la señal de salida no varía y por tanto la velocidad del ventilador es constante. 2. Si el sensor mide más de 12 bar, el gas a la descarga del compresor está muy sobrecalentado y debe mejorarse la condenación; la señal de error es negativa y multiplicada por la ganancia negativa del PID da resultado positivo; el PID se encuentra en estado ascendente, de forma que la señal de salida aumenta y por tanto la velocidad del ventilador también, mejorando así el cauda de aire de condensación y ayudando a la condensación. 3. Si el sensor mide menos de 12 bar, el gas a la descarga del compresor está poco sobrecalentado; la señal de error es positiva y multiplicada por la ganancia negativa del PID da resultado negativo; el PID se encuentra en estado descendente, de forma que la señal de salida disminuye y por tanto la velocidad del ventilador también, reduciendo así el caudal de aire de condensación. El esquema global del sistema de regulación puede verse en Fig. 14.

9 R S T PLC S7-300 CP Red 400 V 50 Hz MICROMASTER 440 Señal analógica de (0..10 V) U V W Tension variable Frecuencia variable V/f=cte Sensor de presión en condensación (0..10 V) (4..20 ma) Motor de inducción (ventilador) Fig.14.- Sistema de regulación de caudal de condensación.

10 Parámetros de control del MICROMASTER Los parámetros para realizar una puesta en servicio rápida del Micromaster son los siguientes: Parámetro Descripción

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12 Interfaz de configuración MICROMASTER Para configura los parámetros del variador se pueden usar indistintamente alguno de los siguientes interfaces. Software El que suministre el fabricante. El bus de conexión PC-MICROMASTER puede ser USB o RS-485. Panel BOP Se trata de un pequeño teclado frontal (Fig. 15).

13 Panel BOP con pantalla iluminada Los parámetros se leen, seleccionan y modifican utilizando el Panel Operador Básico (BOP). Nuevo botón de función permite acceder rápidamente a los parámetros y a las variables. Permite además reseteo de fallas y retorno Fig.15.- Panel BOP.