PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO: VENTAJAS PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

1 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS PARTE 1 2 2

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS SUMARIO PARTE 1 1. Introducción 2. Criterios para la Selección de los Variadores de Velocidad 3. Ahorro de energía en bombas y ventiladores con Variadores de Velocidad 3.1 Curvas típicas en bombas y ventiladores 3.2 Desplazamiento de la curva de la bomba en función de la disminución de la velocidad 3.3 Desplazamiento de las curvas de potencia y rendimiento en función de la disminución de la velocidad 3.4 Relaciones básicas para el control de potencia 3.5 Rendimiento de las bombas con Variador 4. Métodos del control de flujo 5. Información necesaria para consulta correcta en el ámbito del ahorro de energía 3 3

1 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo INTRODUCCIÓN 4 4

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 1. INTRODUCCIÓN 1. Power Electronics ofrece a sus clientes la garantía de una optimización del proceso de producción a través de la aplicación de variadores de velocidad y de arrancadores estáticos en la industria. 2. Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecánico y eléctrico de la empresa. 5 5

2 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD 6 6

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 2. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD A. Filtros de Entrada B. Bobinas de Entrada C. Grado de Protección D. Temperatura Ambiente E. Variadores a Par Constante y Par Variable? F. Aplicaciones de los Variadores [ MOSTRAR ] [ MOSTRAR ] [ MOSTRAR ] [ MOSTRAR ] [ MOSTRAR ] [ MOSTRAR ] G. Asistencia Técnica [ MOSTRAR ] 7 7

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS A. FILTROS DE ENTRADA QUÉ ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA? Es un concepto asociado a cualquier equipo electrónico. Es la habilidad de un equipo para no generar interferencias superiores a un determinado nivel db. Es la medida de su inmunidad frente a un determinado nivel db. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 8 8

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS A. FILTROS DE ENTRADA QUÉ PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR? [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 9 9

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS A. FILTROS DE ENTRADA FOCOS DE EMISIÓN DE RFI EN UN VARIADOR» Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDAS.» La conducción se puede realizar a través de los CABLES del MOTOR, a través de los CABLES de alimentación y por la tierra [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 10 10

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS A. FILTROS DE ENTRADA LONGITUD DE CABLES» 40 metros de cable apantallado. Vcc = Ve 1,41 = 380 1,41 = 534 = 500 1,41 = 720 = 690 1,41 = 972,9» 150 metros de cable apantallado. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 11 11

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS B. BOBINAS DE ENTRADA USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIÓN DE ARMÓNICOS» Electrónica de Potencia para serie SD700: 90A 170A. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 12 12

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS B. BOBINAS DE ENTRADA USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIÓN DE ARMÓNICOS» Electrónica de Potencia para serie SD700: 210A 2200A. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 13 13

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS C. GRADO DE PROTECCIÓN GRADO DE PROTECCIÓN PARA PROTECCIÓN EXTRA» La protección IP54 impide que el polvo o cualquier otra partícula dañe los equipos.» En caso de salpicaduras cerca del motor, estas no dañarán nuestros equipos. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 14 14

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS D. TEMPERATURA AMBIENTE CARACTERÍSTICAS DE SOBRECARGA TÉRMICA DE LA SERIE SD700 Corriente de Variador (%) Características de Sobrecarga de la Serie SD700 200 Pico de Sobrecarga durante 1 seg. 175 Sobrecarga durante 60 seg. a 40º 150 Sobrecarga durante 30 seg. a 50º Pico de Sobrecarga 1 seg. 125 Intensidad de trabajo a 40º Sobrecarga 30 seg. a 50º Intensidad de trabajo a 45º 100 Intensidad de trabajo a 50º Intensidad de trabajo a 40º 75 Intensidad de trabajo a 45º 50 Intensidad de trabajo a 50º 25 0 0 25 50 75 400 Hz [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 15 15

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS D. TEMPERATURA AMBIENTE TEMPERATURA AMBIENTE Los Variadores de Velocidad de Power Electronics están preparados para resistir las más duras condiciones ambientales de trabajo. PUEDEN RESISTIR HASTA 50ºC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR. [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 16 16

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS E. PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE Temperatura 80ºC Temperatura 60ºC PAR VARIABLE 15 kw PAR CONSTANTE 11 kw DISPARO TÉRMICO (85ºC) SOBRECARGA 1.1In (40ºC) Temperatura 70ºC SOBRECARGA 1.5In (40ºC) Temperatura 60ºC PAR VARIABLE 15 kw PAR CONSTANTE 11 kw DISPARO TÉRMICO (85ºC) SOBRECARGA 1.25 In (40ºC) SOBRECARGA 1.5In (50ºC)» Competidores» Power Electronics [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 17 17

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS E. PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE POTENCIA A PAR CONSTANTE POTENCIA A PAR VARIABLE P.V.P MODELO A 11 15 100 MODELO B 15 18,5 115 [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 18 18

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS F. APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD CONTROL Los Variadores de Velocidad amplían su campo de regulación ante: Fluctuación de Caudal Control de Presión Control de Temperatura Control de Nivel APLICACIONES Se pueden considerar diversas aplicaciones: Estaciones de bombeo Grupos de presión Sistemas de riego Altas concentraciones de monóxido de carbono, oxígeno Aire Acondicionado y Climatización [ VOLVER A LOS CRITERIOS ] 19 19

3 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 20 20

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.1 CURVAS TÍPICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES. H (m) ALTURA, POTENCIA Y RENDIMIENTO CAUDAL 21 21

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.2 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIÓN DE LA DISMINUCIÓN DE LA VELOCIDAD. H 16 14 12 10 8 6 4 2 n nom 0.9 n nom 0.8 n nom 0.7 n nom 20 40 60 80 100 120 140 Q (l/s) 22 22

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.3 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIÓN DE LA DISMINUCIÓN DE LA VELOCIDAD. p Potencia Rendimiento Q 23 23

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.4 RELACIONES BÁSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA. POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ -1 r = Densidad (Kg/m³) g = Gravedad (9.81m/s²) H = Altura (m) Q = Caudal (m³/s) ŋ = Rendimiento 24 24

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 3. AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBAS Y VENTILADORES 3.5 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR. 80 70 60 1 X n 30% 0.9 X n 50% 60% N = 1480 RPM 70% 80% 85% 87% 88% 50 0.8 X n 87% 85% 80% 40 0.7 X n 30 0.6 X n 20 0.5 X n 10 0.4 X n Curvas Rendimiento Curvas H Q Curvas de Sistema 0 10 20 30 40 Q caudal m 3 /min 25 25

4 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) 26 26

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. Control de Válvulas B. Control de By Pass C. Control Marcha Paro (On / Off) D. Variador de Velocidad [ MOSTRAR ] [ MOSTRAR ] [ MOSTRAR ] [ MOSTRAR ] 27 27

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. CONTROL DE VÁLVULAS. CARACTERÍSTICAS.» Las bombas siempre trabajan a velocidad máxima.» Se reduce la sección transversal del conducto o tubería.» Se incrementa la presión al disminuir el diámetro de paso.» Problemas de calentamiento del fluido.» Cavitación, turbulencias. [ VOLVER A LA LISTA ] 28 28

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. CONTROL DE VÁLVULAS. GRÁFICO. Altura en m H 2 O 80 CAUDAL 1 X n 70 60 50 40 0.9 X n 0.8 X n 0.7 X n Altura Estática 20 metros 100% 80% 70% 60% 50% 90% 30 0.6 X n 20 10 0.5 X n 0.4 X n n = 1480 RPM Curvas de Rendimiento Curvas H-Q Curvas de Sistema 0 10 20 30 40 Q Caudal 50% Caudal 100% Caudal m 3 /min 29 29

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. CONTROL DE VÁLVULAS. GRÁFICO. H ALTURA 3 2 1 AUMENTO ESTRANGULAMIENTO PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO KW 7 Q POTENCIA CAUDAL Q 30 30

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) A. CONTROL DE BY PASS. ALTURA Curvas de Sistema Curvas bomba H Q Curvas Rendimiento POTENCIA H KW PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS EFECTO BY-PASS Q» Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energía.» La bomba siempre trabaja a su máxima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo. Q FLOW [ VOLVER A LA LISTA ] 31 31

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) C. CONTROL MARCHA PARO (On / Off). CARACTERÍSTICAS.» Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante.» Provoca estrés mecánico y eléctrico.» No se pueden mantener los parámetros constantes, siempre existe una pequeña o gran variación.» Sobrepresiones durante el arranque.» Golpe de ariete durante los paros. [ VOLVER A LA LISTA ] 32 32

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. CARACTERÍSTICAS.» Permite mantener constantes aquellos parámetros que deben ser controlados.» Reducción de la potencia absorbida por el motor.» Compensación de la potencia reactiva del motor.» Reducción de los fallos eléctricos y mecánicos.» Reducción del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo. [ VOLVER A LA LISTA ] 33 33

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. GRÁFICO. 80 Altura en m H 2 O 1 X n 637 kpa 490 kpa 70 60 50 40 0.9 X n 0.8 X n 0.7 X n Altura estática 20 metros PID REFERENCIA 30 0.6 X n 20 0.5 X n n = 1480 RPM Curvas Rendimiento 10 0.4 X n Curvas H P 1400 Curvas de Sistema RPM 0 Q Caudal 0 10 20 30 40 m 3 /min 34 34

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. TABLA. H PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA ALTURA 9 8 DISMINUCIÓN DE VELOCIDAD Q KW 7 8 POTENCIA CAUDAL 9 Q 35 35

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. DESPILFARRO DE ENERGÍA. ALTURA PÉRDIDAS DE POTENCIA SISTEMA DE VÁLVULAS VARIADOR DE VELOCIDAD POTENCIA DESPERDICIADA ALTURA ESTÁTICA POTENCIA ÚTIL VELOCIDAD REDUCIDA 36 36

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD. CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA. POTENCIA (%) A: Control usando Variador de Velocidad. B: Control por ajuste de válvula o compuerta. CAUDAL (%) 37 37

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 4. MÉTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO) D. VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS. VERANO INVIERNO 38 38

5 Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGÍA 39 39

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 5. INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGÍA ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTES A. Tipo de control B. Curvas de altura y caudal del sistema DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADOR A. Curvas de rendimiento del bombas y ventiladores B. Potencia del ventilador o bomba C. Curvas de motor INFORMACIÓN DEL PROCESO A. Densidad del fluido o gas B. Flujos y ciclos de trabajo requeridos C. Valores de altura estática y dinámica 40 40

Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VENTAJAS 5. INFORMACIÓN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGÍA SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIÓN, LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER ÚTILES A. CURVAS O CARACTERÍSTICAS ALTURA / CAUDAL DEL SISTEMA B. FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOS C. DENSIDAD DEL FLUIDO O GAS D. VALORES DE LA ALTURA ESTÁTICA Y DINÁMICA E. POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR INFORMACIÓN MÍNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRÁFICAS) A. FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOS B. POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES) 41 41

2 Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES DE VELOCIDAD & ARRANCADORES PARTE 2 42 42

1 Control de Velocidad en Motores de Inducción INTRODUCCIÓN 43 43

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES SUMARIO PARTE 2 1. Introducción 2. Principios de Control de los Motores de Inducción 3. Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla 4. Principios Electrónicos para el Control de Motores A.C. 44 44

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 1. INTRODUCCIÓN 1. Principios de control de los motores de inducción: variadores de velocidad y arrancadores estáticos 2. Power Electronics, tecnología y experiencia en electrónica de potencia 3. Puntos básicos: - Conocer los principios de los motores de inducción - Funcionamiento del Variador de Velocidad - Funcionamiento del Arrancador - Armónicos en sectores industriales - Compatibilidad electromagnética de los Variadores - Ahorro de energía en bombas y ventiladores - Aplicaciones y control 45 45

2 Control de Velocidad en Motores de Inducción PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN 46 46

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN MOTORES DE INDUCCIÓN El motor de inducción (asíncrono o de jaula de ardilla), está compuesto de dos partes principales: El ROTOR, fijado a un eje El ESTATOR 47 47

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN MOTORES DE INDUCCIÓN El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos, formando la denominada jaula de ardilla. 48 48

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN MOTORES DE INDUCCIÓN Conectándolo a una fuente de alimentación trifásica, en el estátor se genera un campo magnético giratorio (flujo). Esto es debido a: La disposición física de los devanados del estátor: 3 bobinas separadas 120º físicos. La corriente en estos devanados está desfasada 120º eléctricos. 49 49

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 2. PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN MOTORES DE INDUCCIÓN CAMPO ROTATORIO Las líneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del rótor. Cuando sobre un conductor por el que circula una corriente, actúa un campo magnético, la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotación del rotor. 50 50

3 Control de Velocidad en Motores de Inducción CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA 51 51

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 3. CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA CONTROL DE VELOCIDAD Un motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constante. Sin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el número de polos del motor y sobre la frecuencia de suministro. RELACIÓN PAR - VELOCIDAD PAR MOTOR PAR MÁXIMO CORRIENTE MOTOR CORRIENTE DE ARRANQUE PAR DE ARRANQUE CORRIENTE EN VACÍO VELOCIDAD MOTOR» Curva Par Velocidad en un motor de inducción VELOCIDAD MOTOR» Curva Corriente Velocidad 52 52

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 3. CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA CONTROL DE VELOCIDAD Método usado por los controladores electrónicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentación del motor. POR QUÉ VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN DEL MOTOR ES EL MEJOR MÉTODO? Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades Se dispone de una variación progresiva de velocidad (sin saltos), que puede ser controlada eléctricamente por señales de 0-10Vdc ó 4-20mA. Esto hace que los Variadores para motores A.C. sean la mejor opción en los procesos de automatización. El par disponible en el motor es constante, incluso a bajas velocidades. Esto nos permite trabajar con cualquier tipo de carga. Es posible trabajar con frecuencias por encima de 50Hz. 53 53

4 Control de Velocidad en Motores de Inducción PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. 54 54

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. VARIACIÓN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN Evolución de la curva Par Velocidad cuando varía la frecuencia de alimentación. % DE PAR NOMINAL VELOCIDAD MOTOR» Curva Par Velocidad 55 55

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. POR QUÉ V/Hz CONSTANTE? El circuito equivalente por fase puede ser representado como: I R : Corriente real que circula por el rotor, generadora de par. Aumenta con la carga del motor. I M : Corriente imaginaria que circula por el estator. Responsable del flujo del motor. Conviene que permanezca constante cuando varía la carga. 56 56

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. POR QUÉ V/Hz CONSTANTE? Diagrama vectorial de la corriente de motor. Corriente real (Par) IT Corriente Total Corriente real (Par) cos φ = Factor Potencia IT Corriente Total Corriente imaginaria (Magnetizante) Corriente imaginaria (Magnetizante)»A plena carga»a media carga La corriente magnetizante I M permanece constante con independencia de la carga. Es la corriente magnetizante quien genera el campo magnético en el estátor, afectando a la capacidad del motor de producir par. 57 57

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. POR QUÉ V/Hz CONSTANTE? Controlando la tensión aplicada al estátor (E 1 ) es posible controlar la corriente de magnetización (I M ) y por tanto el flujo. I M E1 = 2 π f L S E 1 = f = L S = Tensión de Alimentación Frecuencia de Alimentación Inductancia de magnetización del Estátor En un controlador electrónico de la velocidad, la tensión de alimentación del motor debe ser ajustada en proporción a la frecuencia, de forma que la corriente de magnetización permanezca constante. Con el aumento de la velocidad del motor, el deslizamiento (S) disminuye, y la frecuencia relativa también. Entonces el cosφ R mejora, la inductancia de pérdidas disminuye, e Ir disminuye. E2. S Ir = 2 2 R r + ( X S) 2 58 58

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. RELACIÓN TENSIÓN FRECUENCIA EN UN VARIADOR. COMPENSACIÓN DE LA TENSIÓN A VELOCIDADES REDUCIDAS Incremento de tensión. Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras, cargas de elevada inercia, ). 100% ÁREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO 100% TENSIÓN DE SALIDA TENSIÓN DE SALIDA 50Hz FRECUENCIA DE SALIDA TENSIÓN INICIAL 50Hz FRECUENCIA DE SALIDA» Relación Tensión Frecuencia en el variador» Compensación de tensión a velocidades reducidas 59 59

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD 60 60

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. CIRCUITO INVERSOR Formas de onda de salida del puente inversor 61 61

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIÓN SEMICUADRADA» Tensión de salida (onda casi-rectangular) Corriente Corriente de libre Transistor circulación» Corriente salida de motor 62 62

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. MODULACIÓN Y FORMAS DE ONDA. TENSIÓN DE SALIDA ONDA PORTADORA ONDA SINUSOIDAL SEÑAL REFERENCIA TRANSISTOR SUPERIOR ON TENSIÓN SALIDA VARIADOR (RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC) TRANSISTOR INFERIOR ON TENSIÓN SALIDA ENTRE FASES PWM» Modulación y formas de onda de la tensión de salida 63 63

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. MODULACIÓN TENSIÓN DE SALIDA FRECUENCIA NOMINAL TENSIÓN NOMINAL En la modulación sinusoidal, una señal triangular es comparada con una senoidal. La forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy próxima a la senoidal, con muy poca distorsión. MITAD DE FRECUENCIA MITAD DE TENSIÓN» Modulación tensión de salida 64 64

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. MODULACIÓN TENSIÓN DE SALIDA FRECUENCIA NOMINAL TENSIÓN NOMINAL La anchura y el número de huecos son electrónicamente ajustados para reducir la tensión de salida a medida que la frecuencia disminuye. Nueva técnica: modulación del espacio vectorial mejores formas de onda, menos conmutaciones. MITAD DE FRECUENCIA MITAD DE TENSIÓN» Modulación tensión de salida 65 65

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. MODULACIÓN DEL ESPACIO VECTORIAL Un sistema de formas de onda senoidales trifásicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores). Velocidad de rotación (rev/seg) Frecuencia Posición instantánea Estado dentro de un ciclo Longitud del vector Amplitud de tensión V A N V C V E» Vectores trifásicos 66 66

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. VENTAJAS DE LA MODULACIÓN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIÓN SINUSOIDAL Reducido contenido de armónicos en el motor Pequeños pares pulsatorios Frecuencia de modulación constante Mejor uso de la tensión de alimentación Adaptada a la generación de onda mediante microprocesador 67 67

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE CONMUTACIÓN TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN. Actualmente en desuso. TRANSISTORES BIPOLARES Basado en estructura NPN o PNP. TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la última generación; control realizado por tensión, la conmutación se consigue aplicando tensión en el terminal de puerta. Ventajas del IGBT Ventajas del IGBT: Menor tensión de saturación Frecuencias de conmutación superiores Mayor capacidad de sobrecarga Menor demanda de potencia en el circuito del motor 68 68

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. CONTROL ELECTRÓNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR Funcionamiento: Recibe la señal de velocidad requerida. Recibe las órdenes del usuario: paro, marcha etc. Genera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial. Conmuta los interruptores. Vigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargas. Permite realizar los ajustes necesarios para una aplicación: rampas de aceleración y deceleración, velocidad máxima y mínima, etc. Proporciona el estado de las salidas: corriente en el motor, frecuencia, marcha, arranque, indicación de fallo, etc. 69 69

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. EQUIPOS MONOFÁSICOS Los motores pequeños se diseñan con bobinados de 230Vac. Variador con entrada trifásica de 400V control configurado con la tensión y frecuencia del motor. CABLEADO CONEXIÓN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIÓN PARA MOTOR 400V Variador con entrada trifásica de 230Vac. CONECTAR EN TRIÁNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES» Conexión cableado para motores 230/400V 70 70

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. REGENERACIÓN Corriente funcionamiento +ve Funcionamiento del motor Funcionamiento generador par Par Motor -ve N2 N1 velocidad +ve 0 Par Generador deslizamiento 2 1 0-1 71 71

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. TIPOS DE CARGA. CONSIDERACIONES Antes de elegir la talla del motor y del variador, es necesario comprender las características par velocidad para cada tipo de carga. 100% Par Constante PAR Potencia Constante POTENCIA 200% Debilitamiento del campo magnético 50% POTENCIA POTENCIA PAR PAR 100% POTENCIA POTENCIA Pico de PAR disponible Par continuo 63% (limitado por la refrigeración n del motor) 100% 200% Velocidad Motor 50Hz 100Hz Velocidad Motor» Relación (%) entre par y potencia» Pérdida de par debido a la refrigeración del motor 72 72

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. TIPOS BÁSICOS DE CARGA Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye. Potencia constante (molinos, tornos) Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras, grúas, prensas de imprenta etc) PAR Pico de par Área de disponible funcionamiento Área de intermitente funcionamiento continuo PAR Área de funcionamiento intermitente Área de funcionamiento continuo Pico de par disponible Área de funcionamiento intermitente Par continuo Par resistente requerido Par continuo Par resistente requerido» Carga a potencia constante» Carga a par constante 73 73

Control de Velocidad en Motores de Inducción VARIADORES VELOCIDAD & ARRANCADORES 4. PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES A.C. RELACIÓN PAR VELOCIDAD PAR Pico de par disponible Área de funcionamiento continuo Área de funcionamiento intermitente PAR Pico de par disponible Área de funcionamiento continuo Área de funcionamiento intermitente Par continuo Par resistente requerido Velocidad Par resistente requerido Par continuo Velocidad» Par proporcional a la Velocidad» Par proporcional al cuadrado de la velocidad 74 74

Gracias por su atención Presentación Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo: Ventajas Control de Velocidad de Motores de Inducción Realizado Pilar Navarro Organizado Departamento de Marketing www.power-electronics.com 2006 Power Electronics España, S.L.