PARTE 1 VARIADORES DE VELOCIDAD EN ESTACIONES DE BOMBEO VENTAJAS
PARTE 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS
1
PARTE 1
3
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS
1 Introduccioacuten
2 Criterios para la Seleccioacuten de los Variadores de Velocidad
3 Ahorro de energiacutea en bombas y ventiladores con Variadores de Velocidad
31 Curvas tiacutepicas en bombas y ventiladores32 Desplazamiento de la curva de la bomba en
funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad33 Desplazamiento de las curvas de potencia y
rendimiento en funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad
34 Relaciones baacutesicas para el control de potencia
35 Rendimiento de las bombas con Variador4 Meacutetodos del control de flujo
5 Informacioacuten necesaria para consulta correcta en el aacutembito del ahorro de energiacutea
SUMARIO ndash PARTE 1
4
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN
1
5
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
1 INTRODUCCIOacuteN
11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria
2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa
6
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
2
7
A Filtros de Entrada
B Bobinas de Entrada
C Grado de Proteccioacuten
D Temperatura Ambiente
E Variadores a Par Constante y Par Variable
F Aplicaciones de los Variadores
G Asistencia Teacutecnica
2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
8
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA
Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico
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 ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
9
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
2
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS
1
PARTE 1
3
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS
1 Introduccioacuten
2 Criterios para la Seleccioacuten de los Variadores de Velocidad
3 Ahorro de energiacutea en bombas y ventiladores con Variadores de Velocidad
31 Curvas tiacutepicas en bombas y ventiladores32 Desplazamiento de la curva de la bomba en
funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad33 Desplazamiento de las curvas de potencia y
rendimiento en funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad
34 Relaciones baacutesicas para el control de potencia
35 Rendimiento de las bombas con Variador4 Meacutetodos del control de flujo
5 Informacioacuten necesaria para consulta correcta en el aacutembito del ahorro de energiacutea
SUMARIO ndash PARTE 1
4
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN
1
5
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
1 INTRODUCCIOacuteN
11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria
2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa
6
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
2
7
A Filtros de Entrada
B Bobinas de Entrada
C Grado de Proteccioacuten
D Temperatura Ambiente
E Variadores a Par Constante y Par Variable
F Aplicaciones de los Variadores
G Asistencia Teacutecnica
2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
8
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA
Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico
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 ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
9
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
3
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoVENTAJAS
1 Introduccioacuten
2 Criterios para la Seleccioacuten de los Variadores de Velocidad
3 Ahorro de energiacutea en bombas y ventiladores con Variadores de Velocidad
31 Curvas tiacutepicas en bombas y ventiladores32 Desplazamiento de la curva de la bomba en
funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad33 Desplazamiento de las curvas de potencia y
rendimiento en funcioacuten de la disminucioacuten de la velocidad
34 Relaciones baacutesicas para el control de potencia
35 Rendimiento de las bombas con Variador4 Meacutetodos del control de flujo
5 Informacioacuten necesaria para consulta correcta en el aacutembito del ahorro de energiacutea
SUMARIO ndash PARTE 1
4
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN
1
5
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
1 INTRODUCCIOacuteN
11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria
2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa
6
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
2
7
A Filtros de Entrada
B Bobinas de Entrada
C Grado de Proteccioacuten
D Temperatura Ambiente
E Variadores a Par Constante y Par Variable
F Aplicaciones de los Variadores
G Asistencia Teacutecnica
2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
8
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA
Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico
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 ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
9
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
4
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINTRODUCCIOacuteN
1
5
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
1 INTRODUCCIOacuteN
11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria
2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa
6
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
2
7
A Filtros de Entrada
B Bobinas de Entrada
C Grado de Proteccioacuten
D Temperatura Ambiente
E Variadores a Par Constante y Par Variable
F Aplicaciones de los Variadores
G Asistencia Teacutecnica
2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
8
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA
Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico
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 ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
9
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
5
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
1 INTRODUCCIOacuteN
11 Power ElectronicsPower Electronics ofrece a sus clientes la garantiacutea de una optimizacioacuten del proceso de produccioacuten a traveacutes de la aplicacioacuten de variadores de velocidad y de arrancadores estaacuteticos en la industria
2 Esto de traduce en un espectacular incremento de la calidad del producto y en una absoluta mejora en el mantenimiento mecaacutenico y eleacutectrico de la empresa
6
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
2
7
A Filtros de Entrada
B Bobinas de Entrada
C Grado de Proteccioacuten
D Temperatura Ambiente
E Variadores a Par Constante y Par Variable
F Aplicaciones de los Variadores
G Asistencia Teacutecnica
2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
8
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA
Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico
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 ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
9
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
6
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoCRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
2
7
A Filtros de Entrada
B Bobinas de Entrada
C Grado de Proteccioacuten
D Temperatura Ambiente
E Variadores a Par Constante y Par Variable
F Aplicaciones de los Variadores
G Asistencia Teacutecnica
2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
8
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA
Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico
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 ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
9
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
7
A Filtros de Entrada
B Bobinas de Entrada
C Grado de Proteccioacuten
D Temperatura Ambiente
E Variadores a Par Constante y Par Variable
F Aplicaciones de los Variadores
G Asistencia Teacutecnica
2 CRITERIOS PARA LA SELECCIOacuteN DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
8
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA
Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico
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 ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
9
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
8
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
iquestQUEacute ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNEacuteTICA
Es un concepto asociado a cualquier equipo electroacutenico
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 ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
9
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
9
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
iquestQUEacute PRODUCE LAS RADIOFRECUENCIAS EN UN VARIADOR
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
10
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
FOCOS DE EMISIOacuteN DE RFI EN UN VARIADOR
raquo Las RFI pueden ser RADIADAS o CONDUCIDASraquo La conduccioacuten se puede realizar a traveacutes de los CABLES del MOTOR a traveacutes de los CABLES de alimentacioacuten y por la tierra
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
11
A FILTROS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
LONGITUD DE CABLES
raquo 40 metros de cable apantallado
raquo 150 metros de cable apantallado
Vcc = Ve 141 = 380 141 = 534= 500 141 = 720= 690 141 = 9729
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
12
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 90A ndash 170A
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
13
B BOBINAS DE ENTRADA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
USO DE BOBINAS DE ENTRADA PARA LA REDUCCIOacuteN DE ARMOacuteNICOS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Electroacutenica de Potencia para serie SD700 210A ndash 2200A
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
14
C GRADO DE PROTECCIOacuteN
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
GRADO DE PROTECCIOacuteN PARA PROTECCIOacuteN EXTRA
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo La proteccioacuten IP54 impide que el polvo o cualquier otra partiacutecula dantildee los equipos
raquo En caso de salpicaduras cerca del motor estas no dantildearaacuten nuestros equipos
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
15
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
CARACTERIacuteSTICAS DE SOBRECARGA TEacuteRMICA DE LA SERIE SD700
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
Intensidad de trabajo a 45ordm
Caracteriacutesticas de Sobrecarga de la Serie SD700
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 25 50 75 400Hz
Cor
rien
te d
e V
aria
dor
()
Pico de Sobrecarga 1 seg
Sobrecarga 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 45ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Pico de Sobrecarga durante 1 seg
Sobrecarga durante 30 seg a 50ordm
Intensidad de trabajo a 40ordm
Intensidad de trabajo a 50ordm
Sobrecarga durante 60 seg a 40ordm
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
16
D TEMPERATURA AMBIENTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
TEMPERATURA AMBIENTE
Los Variadores de Velocidad de Power ElectronicsPower Electronics estaacuten preparados para resistir las maacutes duras condiciones ambientales de trabajo
PUEDEN RESISTIR HASTA 50ordmC 50ordmC DE TEMPERATURA AMBIENTE SIN NECESIDAD DE SOBREDIMENSIONAR EL VARIADOR
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
17
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
raquo Competidores
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (40ordmC)
SOBRECARGA 11In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
DISPARO TEacuteRMICO (85ordmC)
15 kw
11 kw
PAR CONSTANTE
PAR VARIABLE
SOBRECARGA 15In (50ordmC)
SOBRECARGA 125 In (40ordmC)
Temperatura 60ordmC
Temperatura 70ordmC
Temperatura 80ordmC
raquo Power ElectronicsPower Electronics
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
18
E PAR VARIABLE Y PAR CONSTANTE
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
POTENCIA A PAR
CONSTANTE
POTENCIA A PAR
VARIABLEPVP
MODELO A 11 15 100MODELO B 15 185 115
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
19
F APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
[ VOLVER A LOS CRITERIOS ][ VOLVER A LOS CRITERIOS ]
CONTROL
Los Variadores de Velocidad ampliacutean su campo de regulacioacuten anteFluctuacioacuten de CaudalControl de PresioacutenControl de TemperaturaControl de Nivel hellip
APLICACIONES
Se pueden considerar diversas aplicacionesEstaciones de bombeoGrupos de presioacutenSistemas de riegoAltas concentraciones de monoacutexido de carbono oxiacutegeno hellipAire Acondicionado y Climatizacioacuten hellip
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
20
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoAHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
3
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
21
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31 CURVAS TIacutePICAS EN BOMBAS Y VENTILADORES
ALT
UR
A P
OTE
NC
IA Y
REN
DIM
IEN
TO
H (m)
CAUDAL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
22
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
32 DESPLAZAMIENTO DE LA CURVA DE LA BOMBA EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
H
16
14
12
10
8
6
4
2
20 40 60 80 100 120 140
nnom
08 n nom
07 n nom
09 n nom
Q (ls)
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
23
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
33 DESPLAZAMIENTO DE LAS CURVAS DE POTENCIA Y RENDIMIENTO EN FUNCIOacuteN DE LA DISMINUCIOacuteN DE LA VELOCIDAD
p
Q
Potencia
Rendimiento
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
24
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
34 RELACIONES BAacuteSICAS PARA EL CONTROL DE POTENCIA
POTENCIA (W) = r x g x H x Q x ŋ-1
r = Densidad (Kgmsup3)
g = Gravedad (981mssup2)
H = Altura (m)
Q = Caudal (msup3s)
ŋ = Rendimiento
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
25
3 AHORRO DE ENERGIacuteA EN BOMBAS Y VENTILADORES
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
35 RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CON VARIADOR
50 6070
8085
80
88
8785
87
301 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q caudalm3min
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
26
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoMEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
4
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
27
A Control de Vaacutelvulas
B Control de By ndash Pass
C Control Marcha ndash Paro (On Off)
D Variador de Velocidad
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
[ MOSTRAR ][ MOSTRAR ]
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
28
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE VAacuteLVULAS CARACTERIacuteSTICAS
raquo Las bombas siempre trabajan a velocidad maacutexima
raquo Se reduce la seccioacuten transversal del conducto o tuberiacutea
raquo Se incrementa la presioacuten al disminuir el diaacutemetro de paso
raquo Problemas de calentamiento del fluido
raquo Cavitacioacuten turbulencias
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29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
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32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
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33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
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34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
57
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
29
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Altu
ra E
staacutet
ica
20 m
etro
s70
60
50
40
30
20
10
0
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas de RendimientoCurvas H-Q
Curvas de Sistema
10 20 30 40 Q Caudal m3min100 Caudal50 Caudal
1009080706050
80 CAUDAL1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
30
A CONTROL DE VAacuteLVULAS GRAacuteFICO
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
QCAUDAL
AUMENTO ESTRANGULAMIENTO
1
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN ESTRANGULAMIENTO
7
POTE
NC
IA
KW
23
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
31
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
A CONTROL DE BY ndash PASS
raquo Es el menos eficiente en cuanto al consumo de energiacutea
raquo La bomba siempre trabaja a su maacutexima potencia sin tener en cuente el nivel del flujo
Q
FLOW
EFECTO BY-PASS
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL SIN BY-PASS
POTE
NC
IA
KW
Curvas de Sistema
Curvas bomba H ndash Q
Curvas Rendimiento
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
32
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
C CONTROL MARCHA ndash PARO (On Off) CARACTERIacuteSTICAS
raquo Es recomendable para aquellos sistemas en los cuales el caudal de bombeo es constante
raquo Provoca estreacutes mecaacutenico y eleacutectrico
raquo No se pueden mantener los paraacutemetros constantes siempre existe una pequentildea o gran variacioacuten
raquo Sobrepresiones durante el arranque
raquo Golpe de ariete durante los paros
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
33
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
34
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CARACTERIacuteSTICAS
raquo Permite mantener constantes aquellos paraacutemetros que deben ser controlados
raquo Reduccioacuten de la potencia absorbida por el motor
raquo Compensacioacuten de la potencia reactiva del motor
raquo Reduccioacuten de los fallos eleacutectricos y mecaacutenicos
raquo Reduccioacuten del coste de la obra civil en los sistemas de bombeo
[ VOLVER A LA LISTA ][ VOLVER A LA LISTA ]
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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
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Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD GRAacuteFICO
Altu
ra e
staacutet
ica
20 m
etro
s
Altura en m H2O
n = 1480 RPM
Curvas Rendimiento
Curvas H ndash P
Curvas de Sistema
10 20 30 40Q Caudalm3min
70
60
50
40
30
20
10
0
80
490 kPa
637 kPa
REFERENCIA
1 X n
09 X n
08 X n
07 X n
06 X n
05 X n
04 X n 1400RPM
PID
0
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
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5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
35
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD TABLA
DISMINUCIOacuteN DE VELOCIDAD
9
8
Q
ALT
UR
A
H
PUNTO OPERACIONAL A PLENA CARGA
7
9
8
Q
CAUDAL
POTE
NC
IA
KW
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
36
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD DESPILFARRO DE ENERGIacuteA
PEacuteRDIDAS DE POTENCIAA
LTU
RA
SISTEMA DE VAacuteLVULAS
VARIADOR DE VELOCIDAD
VELOCIDAD REDUCIDA
POTENCIA UacuteTILALTURA
ESTAacuteTICA
POTENCIA DESPERDICIADA
37
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D CONTROL CON VARIADOR DE VELOCIDAD CURVAS COMPARATIVAS Y REQUERIMIENTOS DE POTENCIA
CAUDAL ()
POTENCIA ()
A Control usando Variador de VelocidadB Control por ajuste de vaacutelvula o compuerta
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4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
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Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
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5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
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5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
38
4 MEacuteTODOS DE CONTROL DE CAUDAL (FLUJO)
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
D VARIADOR DE VELOCIDAD EN POZOS
INVIERNOVERANO
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
39
Variadores de Velocidad en Estaciones de BombeoINFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN AHORRO DE ENERGIacuteA
5
40
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
42
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
46
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
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5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
ANAacuteLISIS DE LOS SISTEMAS EXISTENTESA Tipo de controlB Curvas de altura y caudal del sistema
DATOS DE LA BOMBA O DEL VARIADORA Curvas de rendimiento del bombas y ventiladoresB Potencia del ventilador o bombaC Curvas de motor
INFORMACIOacuteN DEL PROCESOA Densidad del fluido o gasB Flujos y ciclos de trabajo requeridosC Valores de altura estaacutetica y dinaacutemica
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5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
41
5 INFORMACIOacuteN NECESARIA PARA EL CORRECTO ASESORAMIENTO EN EL AHORRO DE ENERGIacuteA
Variadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo
VENTAJAS
SI NO SE DISPONE DE TODA LA INFORMACIOacuteN LOS SIGUIENTES DATOS PUEDEN SER UacuteTILES
A CURVAS O CARACTERIacuteSTICAS ALTURA CAUDAL DEL SISTEMAB FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSC DENSIDAD DEL FLUIDO O GASD VALORES DE LA ALTURA ESTAacuteTICA Y DINAacuteMICAE POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR
INFORMACIOacuteN MIacuteNIMA REQUERIDA (EMPLEO DE GRAacuteFICAS)
A FLUJOS Y CICLOS DE TRABAJO REQUERIDOSB POTENCIA DE LA BOMBA O VENTILADOR (VARIOS CAUDALES)
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES DE VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2
PARTE 2
43
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
44
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
47
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
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PARTE 2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
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1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
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2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenINTRODUCCIOacuteN
1
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Introduccioacuten
2 Principios de Control de los Motores de Induccioacuten
3 Control de Velocidad en un Motor de Jaula de Ardilla
4 Principios Electroacutenicos para el Control de Motores AC
SUMARIO ndash PARTE 2
45
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
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1 Principios de control de los motores de induccioacuten variadores de velocidad y arrancadores estaacuteticos
22 Power ElectronicsPower Electronics tecnologiacutea y experiencia en electroacutenica de potencia
1 INTRODUCCIOacuteN
3 Puntos baacutesicos- Conocer los principios de los motores
de induccioacuten- Funcionamiento del Variador de
Velocidad- Funcionamiento del Arrancador- Armoacutenicos en sectores industriales- Compatibilidad electromagneacutetica de
los Variadores- Ahorro de energiacutea en bombas y
ventiladores- Aplicaciones y control
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2
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
2
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
48
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
49
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
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MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El motor de induccioacuten (asiacutencrono o de jaula de ardilla) estaacute compuesto de dos partes principales
El ROTOR fijado a un ejeEl ESTATOR
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
El rotor se construye con barras cortocircuitadas por medio de anillos en los extremos formando la denominada jaula de ardilla
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
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MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Conectaacutendolo a una fuente de alimentacioacuten trifaacutesica en el estaacutetor se genera un campo magneacutetico giratorio (flujo) Esto es debido a La disposicioacuten fiacutesica de los devanados del estaacutetor 3 bobinas separadas 120ordm fiacutesicos La corriente en estos devanados estaacute desfasada 120ordm eleacutectricos
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2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
50
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
2 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LOS MOTORES DE INDUCCIOacuteN
MOTORES DE INDUCCIOacuteN
Las liacuteneas de flujo (flechas) inducen unas corrientes en las barras del roacutetorCuando sobre un conductor por el que circula una corriente actuacutea un campo magneacutetico la resultante es una fuerza que origina el par y por tanto la rotacioacuten del rotor
CAMPO ROTATORIO
51
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenCONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
3
52
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDADUn motor de jaula de ardilla es un motor a velocidad constanteSin embargo la velocidad puede ser controlada actuando sobre el nuacutemero de polospolos del motor y sobre la frecuencia de suministrofrecuencia de suministro
RELACIOacuteN PAR - VELOCIDADPAR MOTOR
PARMAacuteXIMO
PAR DE ARRANQUE
VELOCIDAD MOTOR
raquo Curva Par ndash Velocidad en un motor de induccioacuten
CORRIENTE MOTOR
VELOCIDAD MOTOR
CORRIENTE DE ARRANQUE
CORRIENTE EN VACIacuteO
raquo Curva Corriente ndash Velocidad
53
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
54
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenPRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
4
55
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
56
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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3 CONTROL DE VELOCIDAD EN UN MOTOR DE JAULA DE ARDILLA
CONTROL DE VELOCIDAD
Meacutetodo usado por los controladores electroacutenicos de velocidad Variar la frecuencia de alimentacioacuten del motor
POR QUEacute VARIAR LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN DEL MOTOR ES EL MEJOR MEacuteTODO Se obtiene un rendimiento elevado en todo el rango de velocidades
Se dispone de una variacioacuten progresiva de velocidad (sin saltos) que puede ser controlada eleacutectricamente por sentildeales de 0-10Vdc oacute 4-20mA Esto hace que los Variadores para motores AC sean la mejor opcioacuten en los procesos de automatizacioacuten
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
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4
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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4
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
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CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
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MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
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VARIACIOacuteN DE LA FRECUENCIA DE ALIMENTACIOacuteN
Evolucioacuten de la curva Par ndash Velocidad cuando variacutea la frecuencia de alimentacioacuten
raquo Curva Par ndash Velocidad
DE PAR NOMINAL
VELOCIDAD MOTOR
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
El circuito equivalente por fase puede ser representado como
IR Corriente ldquorealrdquo que circula por el rotor generadora de par Aumenta con la carga del motor
IM Corriente ldquoimaginariardquo que circula por el estator Responsable del flujo del motor Conviene que permanezca constante cuando variacutea la carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Diagrama vectorial de la corriente de motor
La corriente magnetizante IM permanece constante con independencia de la cargaEs la corriente magnetizante quien genera el campo magneacutetico en el estaacutetor afectando a la capacidad del motor de producir par
Corri
ente
real
(Par
)
ITCo
rrien
te To
tal
Corriente imaginaria (Magnetizante)
Corri
ente
real
(Par
)
ITCorr
iente
Total
Corriente imaginaria (Magnetizante)
cos = Factor Potencia
raquo A plena carga raquo A media carga
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POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
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RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
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CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
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MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
58
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
POR QUEacute VHz CONSTANTE
Controlando la tensioacuten aplicada al estaacutetor (E1) es posible controlar la corriente de magnetizacioacuten (IM) y por tanto el flujo
Con el aumento de la velocidad del motor el deslizamiento (S) disminuye y la frecuencia relativa tambieacuten Entonces el cosφR mejora la inductancia de peacuterdidas disminuye e Ir disminuye
SM Lf
EI
middotmiddotmiddot21
22
2
2
)middot(
SXR
SEI
rr
E1 = Tensioacuten de Alimentacioacutenf = Frecuencia de AlimentacioacutenLS = Inductancia de magnetizacioacuten del Estaacutetor
En un controlador electroacutenico de la velocidad la tensioacuten de alimentacioacuten del motor debe ser ajustada en proporcioacuten a la frecuencia de forma que la corriente de magnetizacioacuten permanezca constante
59
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN TENSIOacuteN ndash FRECUENCIA EN UN VARIADOR COMPENSACIOacuteN DE LA TENSIOacuteN A VELOCIDADES REDUCIDAS
Incremento de tensioacuten Necesario cuando la carga requiere un elevado par de arranque (cintas transportadoras cargas de elevada inercia hellip)
100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A
50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
AacuteREA DE DEBILITAMIENTO DEL CAMPO100
TEN
SIOacute
N D
E SA
LID
A50Hz FRECUENCIA DE SALIDA
TENSIOacuteN INICIAL
raquo Relacioacuten Tensioacuten ndash Frecuencia en el variador raquo Compensacioacuten de tensioacuten a velocidades reducidas
60
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
60
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD
61
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
61
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CIRCUITO INVERSOR
Formas de onda de salida del puente inversor
62
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CORRIENTE EN UN MOTOR CON TENSIOacuteN SEMICUADRADA
raquo Tensioacuten de salida (onda casi-rectangular)
Corriente Transistor
Corriente de libre circulacioacuten
raquo Corriente salida de motor
63
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN Y FORMAS DE ONDA TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten y formas de onda de la tensioacuten de salida
ONDA PORTADORA
ONDA SINUSOIDALSENtildeAL REFERENCIA
TRANSISTOR SUPERIOR ON
TRANSISTOR INFERIOR ON
TENSIOacuteN SALIDA VARIADOR(RESPECTO DEL PUNTO MEDIO DEL BUS DC)
TENSIOacuteN SALIDA ENTRE FASES PWM
64
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
65
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
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MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
En la modulacioacuten sinusoidal una sentildeal triangular es comparada con una senoidalLa forma de onda de la corriente resultante en el motor es muy proacutexima a la senoidal con muy poca distorsioacuten
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
69
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
70
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
71
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
72
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
73
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
wwwpower-electronicscomcopy2006 Power Electronics Espantildea SL
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN TENSIOacuteN DE SALIDA
raquo Modulacioacuten tensioacuten de salida
FRECUENCIA NOMINAL ndash TENSIOacuteN NOMINAL
MITAD DE FRECUENCIA ndash MITAD DE TENSIOacuteN
La anchura y el nuacutemero de huecos son electroacutenicamente ajustados para reducir la tensioacuten de salida a medida que la frecuencia disminuye
Nueva teacutecnica modulacioacuten modulacioacuten del espacio vectorialdel espacio vectorial mejores formas de onda menos conmutaciones
66
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
67
Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
68
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
74
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
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MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL
raquo Vectores trifaacutesicos
Un sistema de formas de onda senoidales trifaacutesicas puede ser representado mediante tres vectores rotatorios (fasores)
V
C
N
VA
VE
Velocidad de rotacioacuten (revseg) FrecuenciaFrecuencia
Posicioacuten instantaacutenea Estado dentro de un cicloEstado dentro de un ciclo
Longitud del vector Amplitud de tensioacuten Amplitud de tensioacuten
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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
Adaptada a la generacioacuten de onda mediante microprocesador
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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
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VENTAJAS DE LA MODULACIOacuteN DEL ESPACIO VECTORIAL FRENTE A LA MODULACIOacuteN SINUSOIDAL
Reducido contenido de armoacutenicos en el motor
Pequentildeos pares pulsatorios
Frecuencia de modulacioacuten constante
Mejor uso de la tensioacuten de alimentacioacuten
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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
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 uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
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DISPOSITIVOS ELECTROacuteNICOS DE CONMUTACIOacuteN
TIRISTORES Semiconductor de potencia con estructura PNPN Actualmente en desuso
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TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT) la uacuteltima generacioacuten control realizado por tensioacuten la conmutacioacuten se consigue aplicando tensioacuten en el terminal de puerta
Ventajas del IGBTVentajas del IGBTbull Menor tensioacuten de saturacioacuten bull Frecuencias de conmutacioacuten superioresbull Mayor capacidad de sobrecargabull Menor demanda de potencia en el circuito del motor
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CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
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Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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Control de Velocidad en Motores de InduccioacutenVARIADORES VELOCIDAD amp ARRANCADORES
4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
PresentacioacutenVariadores de Velocidad en Estaciones de Bombeo VentajasControl de Velocidad de Motores de Induccioacuten
RealizadoPilar Navarro
OrganizadoDepartamento de Marketing
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
CONTROL ELECTROacuteNICO EL CEREBRO DEL VARIADOR
Funcionamiento
Recibe la sentildeal de velocidad requeridaRecibe las oacuterdenes del usuario paro marcha hellip etcGenera las formas de onda moduladas en el espacio vectorial Conmuta los interruptoresVigila la corriente en el motor para proteger al variador y al motor frente a sobrecargasPermite realizar los ajustes necesarios para una aplicacioacuten rampas de aceleracioacuten y deceleracioacuten velocidad maacutexima y miacutenima etcProporciona el estado de las salidas corriente en el motor frecuencia marcha arranque indicacioacuten de fallo etc
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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4 PRINCIPIOS ELECTROacuteNICOS PARA EL CONTROL DE MOTORES AC
TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
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EQUIPOS MONOFAacuteSICOS
raquo Conexioacuten cableado para motores 230400V
Los motores pequentildeos se disentildean con bobinados de 230VacVariador con entrada trifaacutesica de 400V control configurado con la tensioacuten y frecuencia del motor
Variador con entrada trifaacutesica de 230Vac
CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 230V CABLEADO CONEXIOacuteN PARA MOTOR 400V
CONECTAR EN TRIAacuteNGULO LOS TERMINALES CONECTAR EN ESTRELLA LOS TERMINALES
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
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REGENERACIOacuteN
Corriente Corriente funcionamientofuncionamiento
Funcionamiento Funcionamiento del motordel motor
Funcionamiento Funcionamiento generadorgenerador
2 1 0 -1
Par GeneradorPar Generador
Par MotorPar Motor
0
N2 N1 velocidadvelocidad
deslizamientodeslizamiento
+ve+ve-ve-ve
parpar+
ve+ve
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
Gracias por su atencioacuten
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TIPOS DE CARGA CONSIDERACIONES
Antes de elegir la talla del motor y del variador es necesario comprender las caracteriacutesticas par ndash velocidad para cada tipo de carga
Velocidad MotorVelocidad Motor
100100Par ConstantePar Constante Potencia ConstantePotencia Constante
PARPAR POTENCIAPOTENCIA
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PARPAR
100100 200200
5050
Debilitamiento del Debilitamiento del campo magneacuteticocampo magneacutetico
Pico de PAR disponiblePico de PAR disponible
POTE
NCIA
POTE
NCIA
PAR
PAR
Velocidad MotorVelocidad Motor50Hz50Hz 100Hz100Hz
100100
200200
6363
Par continuoPar continuo
(limitado por la (limitado por la refrigeracioacuten del motor)refrigeracioacuten del motor)
raquo Relacioacuten () entre par y potencia raquo Peacuterdida de par debido a la refrigeracioacuten del motor
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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RELACIOacuteN PAR ndash VELOCIDAD
raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
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TIPOS BAacuteSICOS DE CARGACarga potencia constante Carga potencia constante El par demandado por la carga aumenta a medida que la velocidad disminuye Potencia constante (molinos tornos)
Carga a par constante Carga a par constante Par constante a cualquier velocidad (cintas transportadoras gruacuteas prensas de imprenta hellip etc)
raquo Carga a potencia constante raquo Carga a par constante
Par resistente requerido
Par continuo
PA
R
Aacuterea de funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
Pico de par disponible
PA
R
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Aacuterea de funcionamiento
continuo
Par continuo
Par resistente requerido
Aacuterea de funcionamiento
intermitente
Pico de par disponible
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raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
Velocidad
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raquo Par proporcional a la Velocidad raquo Par proporcional al cuadrado de la velocidad
Pico de par disponibleAacuterea de
funcionamiento intermitente
Aacuterea de funcionamiento continuo
PA
R
Par continuo
Par resistente requerido
VelocidadPar re
sistente requerido
PA
R
Pico de par disponible Aacuterea de funcionamiento
intermitenteAacuterea de funcionamiento continuo
Par continuo
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