UNIDAD IV
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1. UNIDAD I V Instalaci n y Mantenimiento INTRODUCCI N El personal encargado de la instalaci n y mantenimiento de todo tipo de equipos electr nicos en especial los de potencia deben estar capacitados para desempe ar su labor en forma eficiente y con pleno conocimiento del funcionamiento de los equipos que est n manipulando Por lo tanto es muy importante que comprendan por ejemplo los tipos de dispositivos electr nicos de potencia que conforman cada uno de los variadores la velocidad a la cual trabajan las formas de onda de salida que est n enviando a los motores la variaci n del factor de potencia que ocasionan en la planta la generaci n de arm nico los ruidos acoples magn ticos etc con la finalidad de que al momento de efectuar la instalaci n no causen problemas a otros equipos electr nicos montados alrededor OBJETIVOS El objetivo de esta unidad es diferenciar los problemas inherentes que tienen cada uno de los variadores estudiados identificar el tipo de falla que presentan u ocasionan a su medio ambiente y aplicar t cnicas de soluci n para superar los problemas que encuentren al frente CONTENIDO DE LA UNI DAD IV 3 1 INSTALACI N Primero estudiaremos algunos conceptos que los fabricantes de variadores utilizan para poder efectuar la instalaci n de sus equipos sin inconvenientes Luego analizaremos el modo de instalar cada tipo de variador DC y AC para lo cual recurriremos a las pro2. Determine la amplitud aproximada duraci n y frecuencia del m ximo torque Respuesta Cuando un variador es usado para alimentar a un motor AC trif sico es aceptable decir que el torque del motor es aproximadamente igual a la corriente del motor La corriente del motor durante la carga pico es 10 Amps rms La corriente nominal de placa es 7 Amps rms entonces se puede decir que la amplitud del torque es 10 7 x 100 143 que el torque del motor a plena carga La duraci n del torque no es dato pero podr a ocurrir cada 5 segundos Resumiendo lo conseguido hasta el momento e Es una faja transportadora con perfil de carga de corriente constante La demanda m xima de torque es 143 de plena carga es decir aproximadamente 5 x 3 0 Ib ft x 1 43 21 5 lb ft de torque Este torque ocurre aproximadamente cada 5 segundos PASO 4 Asumiendo que el variador puede suministrar 150 de sobrecarga de corriente al motor podemos calcular el m ximo torque para un minuto y para torque continuo Respuesta El torque de plena carga presente y disponible es de 15 lb ft El torque m ximo por un minuto ser aproximadamente 150 de 15 lb ft es decir 22 5 Ib ft PASO 5 Compare el torque m ximo del motor cuando es operado por el variador PASO 4 con el requerimiento de m ximo torque en el PASO 3 Pag 21 Unidad IV Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad Respuesta Para el torque estudiado observamos que el torque del motor excede los req
3. PORQU TI ENEN UNA DI STANCI A LI MI TADA EL VARI ADOR Y SU MOTOR a Porque las ondas no llegar an al motor b Porque las ondas se reflejar an hacia el variador con voltajes peligrosos c Porque el motor vibrar a demasiado O el motor recibir a ondas reflejadas con voltajes elevados e N Pag 23 Unidad IV Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 7 RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACI N Respuesta 6 1 c Respuesta 6 2 a Respuesta 6 3 d Respuesta 6 4 c Respuesta 6 5 d FIN DE LA UNIDAD Pag 24 Unidad IV
4. Clase A en unidades monof sicas Funciones adicionales en la serie 6SE32 Sensorless Vector Control para la mejora de las caracter sticas din micas de los motores as ncronos normalizados 100 de sobrecarga como porcentaje de la intensidad nominal durante 3 segundos M dulo de frenado integrado con ciclos de frenado configurables MICROMASTER Vector Opciones Filtro contra radiointerferencias tipo footprint para 208 240V 380 500V EN 55011 que cumple con clase A o B MICROMASTER y MICROMASTER Vector Filtro contra radiointerferencias externo para 208 240 V 380 500 V EN 55011 que cumple con clase A o B MIDIMASTER Vector Bobinas de conmutaci n Resistencias de frenado MICROMASTER Vector MIDIMASTER Vector Unidades de frenado MIDIMASTER Vector Filtros de salida dV dt Bobinas de salida Software de programaci n SIMOVIS para la programaci n y puesta en marcha en entornos WINDOWS 95 o WINDOWS M dulo PROFIBUS CB15 M dulo CAN Bus que soporta el protocolo CAN OPEN Sensorless Vector Control La mayor a de las aplicaciones no necesitan ni pueden justificar el costo adicional de un encoder para que un convertidor simule la funci n del encoder un algoritmo por software necesita calcular r pidamente la posici n del rotor y verificar utilizando un modelo matem tico las caracter sticas fundamentales del motor Pag 17 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad
5. Existe soluci n para el problema en cuesti n La respuesta es s Los mismos fabricantes nos suministran los dispositivos necesarios para lograr mayores distancias Una de las soluciones se presentan en la figura 4 6 Dise o Reactor de salida E 600 2 reactores de salida No permitido para 5 500 reactores de ferrita X 400 300 1 reactor de salida 53 El 200 gt sin reactor de salida 9 100 A 1 10 100 1000 Salida del Variador Kw Longitud permisible de cable con y sin reactores de salida Figura 4 6 INSTALACI N DE UN VARIADOR DC A continuaci n presentamos algunas informaciones de fabricantes de equipos variadores para motor DC VARIADOR DIGITAL DE VELOCIDAD DE MOTOR DC La presente informaci n es un resumen del manual de instalaci n y operaci n del variador de velocidad de motor DC marca Allen Bradley modelo 1395 CARACTER STICAS NOMINALES Las caracter sticas del equipo que tenemos en el laboratorio 710 voltaje de entrada de 460 VAC est ndar son las siguientes CAT 1395 B67 C1 P10 P51 X1 lo cual se detalla 1395 nos indica el n mero de Bolet n T cnico redactado por fabricante B67 nos dice que es un variador del tipo regenerativo de 10HP 61 nos informa que el contactor es est ndar y soporta hasta 30 e 10 nos dice que incluye una tarjeta adaptadora discreta de 115VAC en el puerto A Pag 9 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad P51 no
6. alimentar el control deber siempre desconectarse y conectarse conmutar en off y on la potencia entre el secundario del transformador y la entrada del control para evitar que se produzcan impulsos puntas en el control al quitarse la potencia del lado primario Todo el cableado de se ales externo al control CC deber instalarse en un conducto separado del resto del cableado Se recomienda usar cables blindados apantallados de pares retorcidos trenzados para todo el cableado de se ales La pantalla del cableado del control deber conectarse nicamente a tierra anal gica del control CC El otro extremo de la pantalla deber asegurarse con cinta adhesiva a la chaqueta del cable para evitar que se produzcan cortocircuitos el ctricos Los cables del campo e inducido del motor pueden instalarse juntos en mismo un conducto cumpliendo con NEC y con los c digos y procedimientos el ctricos locales Pag 4 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 5 2 Efecto de los transistores I GBT La introducci n de los IGBTs en los variadores de frecuencia a incrementado la preocupaci n del impacto de dichos semiconductores en la vida del motor sobre todo en lo concerniente a su aislamiento Cualesquiera dos cables tienen algo de capacitancia e inductancia Cuando la corriente fluye a trav s del cable se produce un campo magn tico cerca a los conductores y cuando la corriente cambia el c
7. del cable de alimentaci n cuando sea posible 4 Siempre que sea posible todos los conductores del motor incluyendo el conductor de tierra debe estar contenida en un conductor de metal Pag 6 Unidad IV Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 6 Corriente de sobre carga Es el nivel 150 del valor nominal al cual el control autom ticamente reduce la velocidad del motor debido a una condici n de sobre carga reduciendo voltaje y frecuencia hasta que la condici n sea levantada La relaci n entre sobre carga y el tiempo es una funci n inversa Si la sobre carga es continua el l mite es 105 aproximadamente En aplicaciones m ltiples donde uno o m s de los motores arrancan a trav s de la l nea el controlador debe ser dimensionado para el peor caso condici n marcha arranque donde se tiene en cuenta la corriente de rotor bloqueado del motor a ser arrancado El control debe ser dimensionado para que no indique falla por l mite de corriente L neas de baja impedancia La figura 4 3 muestra un escenario que se puede dar ocasionalmente Un equipo variador se encuentra instalado muy cerca del suministro principal de energ a o un banco de correcci n de factor de potencia Debido a la proximidad el variador podr a experimentar fallas en sus puentes de diodos pues esta siendo vinculado a la l nea de baja impedancia Los semiconductores de potencia pueden fallar por el excesivo di dt de la corriente La caract
8. n desde el variador Respuesta Debido al rango de velocidad solicitado y el perfil pulsante del proceso un motor de 5 HP probablemente calentar Seg n tabla de proveedores de motor se tiene que el inmediato superior en potencia es de 7 5 HP y puede suministrar aproximadamente 22 5 lb ft de torque desde 10 a 60 Hz cuando es energizado por el variador apropiado PASO 10 Tama o del variador Respuesta Usando los amperios nominales del motor seleccionado y un factor por la forma de onda aplicada generalmente 1 1 a 1 3 se calcula la corriente del motor a plena carga Comparando el valor calculado con los valores est ndar de variadores se encuentra la unidad deseada El variador debe ser capaz de mantener constante V f desde 10 Hz a 60 Hz con un m nimo de capacidad de sobrecarga de 110 El variador debe ser alimentado con 469 VAC 60Hz de entrada y tendr una salida m xima de 460 VAC y 60 Hz Pag 22 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 5 RESUMEN En la presente unidad presentamos informaci n de los diversos criterios a tener en cuenta para efectuar una correcta instalaci n de los equipos variadores En el caso de los variadores de velocidad de motor AC se concluye que la velocidad de conmutaci n de los transistores IGBT causan el fen meno conocido como Reflexi n de Onda el cual provoca que a los terminales del motor AC lleguen picos de voltaje igual al doble de su valor nominal los que causan estragos
9. una presentaci n de la mayor a de bloques asociados con las funciones de control Las funciones de control en 1395 pueden ser ejecutadas a trav s del uso de par metros los cuales son cambiados con el Terminal de Programaci n A continuaci n tenemos una breve descripci n de cada bloque Pag 12 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad Figure 5 1 Functional Overview PortA Port B Three Phase Line rogramming Adapter Adapter dl Terminal Board Board gt u 2 48 E Three Phase 1 Disconnect f E j 1 To Field Communication Control f Bridge Armature Current Feedback Interface with Parameter Table C Armature Current EPEE S a Torque 3 Reference Reference Armature Current f Extemal Select y Control E mature Torque RECO nt da Torque Reference Velocity E Control E Velocity A Velocity E eedback External AnA JUL A Optional Speed Select f Velocity Reference Oplional DC Tach rx Feedback E Feedback Device F DC Preset 1 NS Preset 2 E E E To Okeere Board Discrete Boa Preset 4 Preset5 E O Field Flux Single Phase Jog 1 Control Field Bridge LEGEND E Hardware Single Phase AC ml Supply from Three Ck Software Phase Drive input Hardware Software Interface Figura 4 10 Control de comunicaci n Controla todas las transferencias de datos El terminal de programaci n se co
10. ASTER Vector 65 32 Control de velocidad V F de bucle abierto para uno o varios motores as ncronos s ncronos o de reluctancia Frecuencia de salida entre 0 650 Hz 400 Hz para 65E92 con resoluci n de hasta 0 01 Hz Sobrecarga de par de hasta el 50 como porcentaje de la intensidad de salida nominal durante 60s Controlador PID integrado para p ej control de presi n o temperatura Interface serie 5485 Control para freno externo Rearranque volante para el control de motores girando Rearranque autom tico para el arranque tras desconexi n accidental o fallo Ajuste flexible de la consigna de frecuencia mediante frecuencias fijas entrada anal gica potenci metro motorizado o interface serie Control flexible de las maniobras a trav s del panel frontal entradas digitales o interface serie Freno de corriente continua configurable Frenado compuesto para el control din mico de la frenada sin necesidad de elementos externos Consignas de velocidad aditivas por entrada an loga y consignas de velocidad digitales de frecuencia fija y control desde distintos or genes Generador rampa programable 0 6505 con capacidad de suavizaci n de curvas 8 frecuencias fijas configurables 7 para 65 92 Pag 16 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 4 bandas de frecuencia inhibidas para la supresi n de resonancias Filtro EMC est ndar incorporado para el cumplimiento de la normativa EN55011
11. Para hacer esto el convertidor debe e Monitorizar la tensi n y la intensidad de salida muy r pidamente Calcular los par metros del motor resistencia de estator y rotor inductancia de aislamiento etc e Calcular muy r pidamente las caracter sticas del modelo t rmico del motor e Introducir los par metros del motor en las condiciones nominales de trabajo Tener una capacidad de c lculo matem tico muy r pido Esto se hace gracias a un circuito integrado dise ado a medida para esta aplicaci n ASIC El Procesador en punto flotante 2 2 SIEMENS pionera en esta tecnolog a ha introducido dentro de un producto est ndar casi toda la funcionalidad del control vectorial a lazo cerrado sin la necesidad de encoder Esto ha sido conseguido a trav s del uso del Procesador en punto flotante que realiza los millones de c lculos por segundo necesarios para las exigentes condiciones de funcionalidad Como resultado el par se incrementa como m nimo hasta el 150 a 0 5 Hz y hasta el 200 a 2 5 Hz manteniendo el nivel de prestaci n sobre todo el rango de temperatura gracias al modelo t rmico matem tico adaptativo del motor La serie completa MICRO MIDIMASTER Vector ofrece una capacidad de sobrecarga de hasta el 200 durante 3 segundos haci ndolos particularmente adecuados para las duras aplicaciones en gr as elevadores El c lculo de las constantes del motor no es necesario ya que esto se hace autom t
12. UNIDAD IV Instalaci n y Mantenimiento Tecsup Virtu l Indice Indice Unidad IV Instalaci n y Mantenimiento T INTRODUCCION ta E A E EOS a al 1 2 A 1 3 CONTENIDO DE LA UNIDAD Var ad do dro o dns eo a ea e al 1 3 INSTALACION a e os a A a a a aa a E 1 3 1 1 CRITERIOS 1 3 1 2 INSTALACI N 9 3 1 3 INSTALACI N DE UN VARIADOR ue dao o dd 16 3 2 MANTENIENDO 19 3 2 1 CRITERIOS DE 19 A O A E 21 A A R 23 6 PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACI N ooooooonccccononnnccconononononconnnnncnnnnnnnnn rn cccnnnnnnrncnnns 23 6 1 QU PROBLEMAS CAUSAN LOS IGBTS EN LOS MOTORES QUE AAA 23 6 2 PORQU LOS VARIADORES PARA MOTOR DC CAUSAN PROBLEMAS COMOMOSTOBTS 70 A AAA id AA AAA id di 23 6 3 POR QU SE DESGASTAN LOS CARBONES DEL MOTOR 23 6 4 El TORQUE DE UN MOTOR AC SE MANTIENE CONSTANTE A VELOCIDADES MAYORES QUE SU 23 6 5 PORQU TIENEN UNA DISTANCIA LIMITADA EL VARIADOR Y SU MOTOR 23 7 RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE 24 Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 1
13. XM 2 Polos 7 5 20 HP TORQUE vs FRECUENCIA Ha PR HP e l i w zm 2 E 15 T 10 m mM w Ss w Figura 4 1 Se observa que para frecuencia mayores a 60 Hz los motores pierden torque Tambi n para frecuencias menores a 7 Hz el fabricante del motor no ha especificado si el torque se mantiene siendo m s probable que su valor tenga un decaimiento Al final de la presente unidad enla secci n ejemplos se tiene una aplicaci n pr ctica para determinar el tama o del variador y motor en una aplicaci n sobre faja transportadora conveyor Consideraciones T rmicas Tanto las m quinas el ctricas como los variadores de velocidad son equipos que controlan gran cantidad de energ a y por lo tanto deben estar lo suficientemente protegidos contra excesos de temperatura Por ejemplo se da por descontado el uso de sistemas de ventilaci n forzada tanto para el motor como para el variador as tambi n la ubicaci n de la instalaci n debe estar en un lugar fresco y seco Como medida de seguridad se recomienda instalar un mecanismo que impida el funcionamiento del variador si es que el sistema de ventilaci n forzada ha detenido su trabajo Pag 3 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad En la actualidad los motores que trabajan con variadores tienen una protecci n t rmica entre sus bobinados el cual es un termostato con sus con
14. ales nicamente el personal calificado deber realizar los procedimientos de arranque o el diagn stico de fallas en este equipo ADVERTENCIA No toque ninguna tarjeta placa de circuito dispositivo de potencia o conexi n el ctrica sin antes asegurarse que la alimentaci n haya sido desconectada y que no hayan altos voltajes presentes en este equipo o en otros equipos al que est conectado El choque el ctrico puede ocasionar lesiones serias o mortales nicamente el personal calificado deber realizar los procedimientos de arranque o el diagn stico de fallas en este equipo ADVERTENCIA Esta unidad tiene una caracter stica de reiniciaci n autom tica que arranca el motor toda vez que se alimenta potencia de entrada y se emite un mando de RUN FWD o REV Si una reiniciaci n autom tica del motor pudiera resultar en lesiones a personas deber inhabilitarse la caracter stica de reiniciaci n autom tica cambiando a Manual el par metro Restart Auto Man del bloque de Miscel neos Nivel 2 ADVERTENCIA Aseg rese de familiarizarse completamente con la operaci n segura de este equipo Este equipo puede estar conectado a otras m quinas que tienen partes rotativas o partes que est n controladas por el mismo equipo El uso indebido puede ocasionar lesiones serias o mortales nicamente el personal calificado deber realizar los procedimientos de arranque o el diagn stico de fallas en este equipo ADVERTENCIA Aseg rese que el
15. ambio en el campo magn tico produce una fuerza contra electromotriz de retorno en el cable La capacitancia e inductancia son proporcionales a la longitud del cable Siendo Z la impedancia caracter stica de la l nea y siendo R la C resistencia de la carga a menos que R y Z sean iguales habr una onda reflejada en la l nea y algo de la potencia incidente en R ser reflejada de retorno hacia la fuente La magnitud resultante de la onda reflejada puede ser dos veces la amplitud del voltaje pico En un variador de frecuencia la magnitud del voltaje pico es igual al voltaje del bus DC La velocidad de la onda reflejada es tambi n dependiente de la impedancia del cable La velocidad de cambio dy de la fuente de voltaje es usada para determinar a que distancia de la fuente la onda reflejada ser completamente desarrollada Ver figura 4 2 IP ha Loro pi Figura 4 2 Pag 5 Unidad IV Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad Las inquietudes que algunos expresan sobre el uso de inversores con IGBTs son a IGBT tiene caracter sticas de conmutaci n dv dt menor tiempo de encendido mayores que los dispositivos bipolares est ndar incrementando la velocidad de la onda reflejada b La mayor velocidad de conmutaci n permite mayores frecuencias de portadora el cual incrementa la capacitancia del cable Ambos implican una menor distancia al cual la onda reflejada tiene su m xima ampli
16. circuito M todo 1 Calcula la corriente de corto circuito _ KVA says 1000 x100 Zo Voz 3 SC 4 2 Ejemplo Transformador de 50KVA con 2 75 impedancia O 460VCA T 50x1000x100 2292 PEN 7 2 75x460x 3 j M todo 2 Paso 1 Calcular KVA de corto circuito KVA gros 1818 2 4 3 ES 0 0275 100 Paso 2 Calcular corto circuito de corriente 1 ES x a _1818 2x1000 en V x 43 460x 3 donde KVAxemR KVA del transformador Isc corriente de cortocircuito impedancia del transformador Voltios de entrada medidos entre fases l nea a l nea Pag 2 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 2 Selecci n del Motor El rendimiento del motor se ve afectada por el variador que va a ser usado como su fuente de alimentaci n Por lo tanto es importante seleccionar juntos el variador y motor El rendimiento del motor se basa en la capacidad del variador a ser usado y la capacidad del variador se basa en la corriente que consume el motor Analice el perfil de la m quina y el proceso Determine d nde ocurren los mayores requerimientos de torque La magnitud de dicho torque ser usado para definir el m nimo tama o de motor requerido Ver figura 4 1 donde se muestra la relaci n que existe entre la potencia y torque de un conjunto de motores AC vs la frecuencia de la onda de control Sul 44 for 150 of his FOR ONE MINUTE MA
17. en el aislamiento de aquellos motores no preparados para trabajar con variadores Otro problema causado por el variador de velocidad de motor AC es provocar corrientes inducidas a los cables cercanos a ellos esto debido a la alta frecuencia de trabajo de los transistores Sobre los variadores de velocidad de motor DC el principal problema que tienen es el cambio de factor de potencia en la l nea provocado por el ngulo de disparo de los tiristores 6 PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACI N 6 1 QU PROBLEMAS CAUSAN LOS IGBTS EN LOS MOTORES QUE ALI MENTAN a No causan ning n problema b Queman las bobinas de los motores por exceso de corriente c Queman las bobinas de los motores por exceso de voltaje d que el motor recaliente e N 6 2 PORQU LOS VARI ADORES PARA MOTOR DC NO CAUSAN PROBLEMAS COMO LOS IGBTS a Porque trabajan a baja frecuencia b Porque s lo se usan diodos en su etapa de potencia c Porque tienen condensadores que filtran el ruido d s lo trabajan con motores de poca potencia e N 6 3 POR QU SE DESGASTAN LOS CARBONES DEL MOTOR DC a Por mal mantenimiento b Por erosi n c Por fricci n d Por erosi n y fricci n e 6 4 El TORQUE DE UN MOTOR AC SE MANTI ENE CONSTANTE A VELOCI DADES MAYORES QUE SU NOMI NAL a S b No aumenta el torque cuando aumenta la velocidad c No disminuye el torque cuando aumenta la velocidad d No se sabe faltan m s datos e N A 6 5
18. er stica de trabajo de los variadores les permiten operar en condiciones normales de alimentaci n y a cierta distancia de la barra principal de alimentaci n y as suministrarse suficiente impedancia para su operaci n segura Empresa Bus de Baja Impedancia Variador Maquinaria Sub estaci n o L nea con Banco de Capacitores Figura 4 3 Pag 7 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad Una forma de soluci n para el problema mostrado en la figura 4 3 es aumentar la impedancia de l nea hacia el variador Dicho objetivo se cumple con adicionar un transformador de aislamiento tal como se muestra en la figura 4 4 Empresa Bus de Baja Impedancia Transformador de aislamiento e Be E 9 Banco de Capacitores Figura 4 4 8 L neas de alta impedancia La figura 4 5 presenta un caso contrario al anterior Aqu la fuente de alimentaci n se encuentra alejada o con falsos contactos en sus empalmes que al momento de trabajar el equipo se tienen ca das de voltaje que no sostienen el funcionamiento del variador Figura 4 5 Pag 8 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 3 1 2 9 Distancia entre variador y motor AC Los fabricantes especifican la distancia m xima que deben tener el variador y el motor AC A veces debido a la aplicaci n no es posible respetar dicha distancia y nos vemos en la necesidad de trabajar a distancias mayores
19. icamente dejando al usuario un nico par metro de ganancia para el ajuste fino de determinadas aplicaciones de inercia y que en la mayor a de los casos se puede dejar en el ajuste de f brica Procesador en punto flotante El Sensorless Vector Control es un proceso de control en tiempo real de una gran complejidad que se puede implementar gracias a la utilizaci n de procesadores DSP procesadores RISC o m ltiples microprocesadores La soluci n de SIEMENS ajusta el consumo de tiempo del microprocesador e incluye procesadores matem ticos en punto flotante hechos a medida para la aplicaci n ASIC La capacidad de punto flotante significa que las ecuaciones del control son implementadas sin pasos intermedios de reescalado Con este sistema se evitan desbordamientos aritm ticos con la misma velocidad de c lculo El resultado final es un producto sencillo con excelentes prestaciones El procesador en punto flotante es implementado usando enteramente l gica combinatoria pero es m s el t rmino Flash Floating Point Processor significa niveles de prestaci n hasta los 3 Mflops Pag 18 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad Los algoritmos utilizados en los MICRO MIDIMASTER Vector son id nticos a los utilizados en nuestros reconocidos equipos MASTERDRIVE Beneficios del Sensorless Vector Control Excelente control de la velocidad con ajuste autom tico del deslizamiento Alto par a baja velocidad sin
20. liza la referencia de flujo de campo desde el control de velocidad para desarrollar una referencia de corriente de campo Dicha referencia es luego comparada con la realimentaci n de corriente de campo proveniente de los transformadores de corriente de la l nea AC del campo El error entre la referencia de la corriente de campo y la realimentaci n produce un ngulo de disparo el cual es enviado a la l gica de disparo y sincronismo de campo Sincronismo del campo y l gica de disparo La salida del ngulo de fase desde el control de corriente de campo es convertida a una referencia de tiempo el cual es sincronizado a la se al de sincronismo de l nea desde el sincronismo de armadura y la l gica de disparo para producir los pulsos de disparo de compuerta hacia los SCRs Pag 14 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad A continuaci n tenemos algunas sugerencias a tener en cuenta en el momento de instalar un variador de velocidad de motor DC Aviso de Seguridad Este equipo maneja tensiones que pueden llegar a los 600 voltios El choque el ctrico puede causar lesiones serias o mortales nicamente el personal calificado deber realizar los procedimientos de arranque o el diagn stico de fallas en este equipo Este equipo puede estar conectado a otras m quinas que tienen partes piezas rotativas giratorias o partes que est n impulsadas por el equipo mismo El uso indebido puede ocasionar lesiones serias o mort
21. munica con el variador por medio de un enlace de comunicaci n serial 5 422 Dos puertos de comunicaci n A y B est n disponibles Control l gico del variador Controla el estado de operaci n del variador en respuesta a la l gica de comando de entrada La selecci n de varios par metros de referencia por ejemplo referencia de velocidad y modos de control por ejm Droop son ejecutados en este bloque Tambi n observa las condiciones de operaci n presente y suministra dicha informaci n como realimentaci n hacia dispositivos externos de control Pag 13 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad Selecci n de referencia de velocidad Se tienen 05 velocidades pre definidas de referencia almacenadas en los par metros del variador Adicionalmente una referencia externa de velocidad y uno de dos entradas Jog pueden ser seleccionadas como la referencia de velocidad El bloque de selecci n de referencia de velocidad usa informaci n proveniente de la l gica de control del variador para determinar cual de las referencias ser n usadas como la entrada hacia el control de velocidad La referencia seleccionada ingresa a una rampa antes de ser enviada como entrada de referencia de velocidad al Control de Velocidad Selecci n de realimentaci n de velocidad Se pueden usar uno de tres medios de realimentaci n de velocidad El voltaje de armadura es observado constantemente por el variador y puede ser usado como realimen
22. necesidad de aplicar excesiva componente de continua boost e Bajas p rdidas alto rendimiento Caracter sticas din micas mejoradas mejor respuesta ante los cambios de carga Operaciones estables con grandes motores e Mejores caracter sticas en la limitaci n de intensidad con mejoras del control del deslizamiento 3 2 MANTENI MI ENTO 3 2 1 CRI TERI OS DE MANTENI MI ENTO En la presente parte vamos a proporcionar informaci n sobre algunas buenas costumbres que deben tener el personal de mantenimiento para lograr a satisfacci n su labor Porqu se gastan las escobillas en un motor DC El uso de las escobillas de carb n es el resultado de la fricci n mec nica y la erosi n el ctrica La fricci n produce polvo de carb n el resultado de la erosi n el ctrica es la vaporizaci n del carb n con un peque o residuo f sico La fricci n El carb n y la barra de cobre tiene un alto coeficiente de fricci n Para que el coeficiente de fricci n sea peque o el conmutador debe tener una buena pel cula La erosion Puede ser el resultado de impropia pel cula en el conmutador Qu es una buena pel cula de conmutador Cuando la corriente el ctrica pasa por el carb n y la barra de cobre en presencia de vapor de agua se forma una capa microsc pica o pel cula alrededor del conmutador Una buena pel cula es color marr n oscuro bronce quemado o marr n chocolate Consulte con un cartilla de colores de conmu
23. pal de control Supresores de pico Los supresores de pico MOV1 a MOV4 en la tarjeta de potencia protegen al puente de armadura contra picos de voltaje de la l nea Encapsulado SCR Consiste en dos SCR por m dulo Transformadores de pulsos Instalados en la tarjeta de potencia suministran los pulsos de disparo aislados al gate de cada SCR Protecci n contra voltajes transitorios Las redes RC instalados en la tarjeta de potencia protegen a los SCR contra transitorios de voltaje dv dt Sensor de corriente DC Un sensor de sobre corriente DC es suministrado usando el transductor Contactor DC La salida del puente de armadura se conecta al motor por medio del contactor principal M1 La bobina es de 115VAC y se controla por el relay piloto K3 en la tarjeta PSI Switcher por medio de la bornera TB2 2 y TB2 3 Conexiones de salida del puente Nombrados Al y A2 se conectan a la armadura del motor Si se usa frenado din mico se conecta un banco de resistencias de frenado en los terminales DB1 y DB2 L1 F1 ACT1 Reactor To TB1 To PSI Switcher Power Board Board To Power Board Figure 2 2 Armature Bridge Components INPUT Figura 4 8 Pag 11 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad L2 L3 To PSI xr Daan nd F Switcher Board To Power To Power Board Board Figure 2 3 Armature Bridge Components OUTPUT figura 4 9 Vista del funcionamiento La figura 4 10 nos muestra
24. pias fuentes de los principales fabricantes 3 1 1 CRITERIOS DE INSTALACI N Los fabricantes de equipos variadores de Velocidad y motores AC son los m s indicados para dar las pautas sobre los m todos de instalaci n a usar con sus equipos Es por esto que tiene una importancia fundamental el usar los manuales de instalaci n y mantenimiento proporcionados por dichos proveedores 1 Impedancia de L nea Los fabricantes de los equipos variadores de velocidad son muy exigentes en cuanto a la calidad de energ a de alimentaci n que recibir n sus equipos La impedancia de l nea es uno de los par metros que proporciona informaci n sobre la calidad de toda fuente de alimentaci n Pag 1 Unidad IV Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad La impedancia de entrada de las l neas de energ a el ctrica puede determinarse de dos maneras a Mida el voltaje entre fases l nea a l nea en el motor sin carga en vac o y con plena carga nominal Utilice estos valores medidos para calcular la impedancia como sigue Volts sin carca VO 15 prena Volts carca x100 Im pedancia 4 1 b Calcule la capacidad de corriente de cortocircuito de la l nea de energ a el ctrica Si tal capacidad excede los valores publicados de corriente de cortocircuito m xima para el control deber instalarse un reactor de l nea A continuaci n se proporcionan dos m todos para calcular la capacidad de corriente de corto
25. pico de salida en un 2 por cada C La m xima temperatura ambiente es de 55 C Pag 20 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 4 EJEMPLOS La aplicaci n es una faja transportadora que arranca totalmente cargada en una planta de procesadora de alimentos Grandes container de productos son dejados caer sobre la faja cada 5 segundos El motor usado es de 5 HP trif sico 4 polos de 7 amperios a plena carga dise o NEMA B operando con voltaje de alimentaci n de 460 VAC El motor consume 5 A rms durante la operaci n y tiene 10 A rms pico El usuario esta contento con la operaci n de la faja transportadora pero desea reducir la velocidad debido a que el proceso siguiente no puede ser mantenido La corriente durante el ciclo de arranque es 7 A rms El rango de velocidad esperado es de 5 a 1 PASO 1 Determine el perfil de carga de la m quina Respuesta La aplicaci n es una faja transportadora el cual es una carga tipo fricci n Esta cae dentro del tipo de carga de torque constante PASO 2 Determine donde ocurre la m xima demanda de torque Respuesta T picamente el torque m ximo de la faja transportadora que arranca cargada es el punto brek away pero viendo el ejemplo observamos que la corriente de arranque es menor que los picos moment neos Esto es indicativo de cargas tipo shock que tienen que ser considerados para prevenir las sobrecargas en el variador y el recalentamiento en el motor PASO 3
26. s dice que tiene una tarjeta adaptadora de multi comunicaci n en el puerto B Xl indica que disponemos de contactos auxiliares 1 NA y 1 NC DESCRIPCION DEL HARDWARE La figura 4 7 nos presenta una visi n del hardware asociado al equipo 3 Phase AC 1 Phase 115 VAC PSI Switcher Programming Terminal DHT DMT CONTROL CONTROL POWER INTERFACE Figure 2 1 Hardware Overview Figura 4 7 Componentes del puente de armadura En las figuras 4 8 y 4 9 se observan los componentes usados los cuales describimos a continuaci n Reactor de l nea AC Es usado para proteger el puente de potencia contra cambios bruscos de corriente di dt Si se usa un transformador de aislamiento de relaci n unitaria no se requiere el uso de dicho reactor Se tienen fusibles de acci n r pida F2 y F3 para proteger a los semiconductores de potencia Sincronizaci n La l nea trif sica alimenta directamente a la tarjeta de potencia la cual es escalada y usada para sincronizar el trabajo de los semiconductores de potencia Pag 10 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad Realimentaci n de corriente AC Los transformadores de corriente ACT1 y ACT2 se usan para suministrar informaci n de corriente de realimentaci n a la tarjeta PSI Switcher Dicha tarjeta rectifica y escala a un voltaje DC que representa a la corriente de realimentaci n Luego esta se al es enviada a la tarjeta princi
27. sistema est debidamente puesto a tierra antes de aplicarle potencia No debe alimentarse potencia CA sin antes confirmar que se han cumplido todas las instrucciones sobre puesta a tierra El choque el ctrico puede ocasionar lesiones serias o mortales ADVERTENCIA No quite la tapa antes de que haya transcurrido un m nimo de cinco 5 minutos tras desconectar la alimentaci n de CA para permitir que se descarguen los capacitores Hay presencia de voltajes peligrosos en el interior del equipo El choque el ctrico puede ocasionar lesiones serias o mortales ADVERTENCIA La operaci n incorrecta del control puede ocasionar un movimiento violento del eje flecha del motor y del equipo impulsado Aseg rese que un movimiento inesperado del eje del motor no vaya a provocar lesiones a personas ni da os al equipo Pag 15 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad 3 1 3 Algunos modos de falla del control pueden producir pares de pico punta que son varias veces mayores que el par nominal del motor ADVERTENCIA En el circuito del motor puede haber alto voltaje presente toda vez que se aplique potencia CA a n si el motor no se encuentra rotando El choque el ctrico puede ocasionar lesiones serias o mortales INSTALACI N DE UN VARIADOR AC Tenemos a continuaci n informaci n t cnica correspondiente al variador de Velocidad de motor AC marca MICROMASTER VECTOR del fabricante SIEMENS MICROMASTER Vector 6SE32 MIDM
28. taci n El Hardware para comunicar la informaci n de velocidad con un encoder digital es suministrado como est ndar Si se usa un tacogenerador DC como realimentaci n de velocidad el variador debe ser equipado con la tarjeta adaptadora discreta conectada al puerto A Control de velocidad Compara la velocidad de referencia con la velocidad de realimentaci n para determinar el error de velocidad Selecci n de referencia de torque El variador 1395 puede operar como regulador de velocidad o regulador de torque y por lo tanto tiene la capacidad de aceptar una velocidad de referencia o torque de referencia El bloque selecci n de torque de referencia permite operar como variador de torque regulado y a n tener operativo el control de velocidad En este caso el variador puede recibir al mismo tiempo las referencias de velocidad y torque Control de corriente de armadura La referencia de corriente de armadura es comparada con la realimentaci n de corriente de armadura proveniente de transformadores de corriente El bloque control de corriente de armadura produce una referencia de voltaje el cual es aplicado al bloque sincronismo de armadura y l gica de disparo Sincronismo de armadura y l gica de disparo La salida de referencia de voltaje del bloque anterior es convertida a referencia de ngulo de fase y luego a referencia de tiempo para ser enviada como control de los SCRs del puente de armadura Control de flujo de campo Uti
29. tactos normalmente cerrados Los cables del termostato reciben el nombre de P1 y P2 Normalmente dichos cables se instalan en la bornera de control que corresponde al Reset del variador Cuando existe una condici n de sobrecarga 0 sobre temperatura el termostato abre sus contactos lo que obligar al variador a detener su funcionamiento De igual forma los variadores tienen un termostato ubicado en contacto con su disipador de calor el cual cuando detecta sobre temperatura inhibir su funcionamiento Consideraciones sobre el cableado El control CC est auto protegido contra los transitorios y los impulsos de sobre tensi n normales de la l nea de CA Quiz s se requiera protecci n externa adicional si hay transitorios de alta energ a presentes en la fuente de alimentaci n de potencia entrante Estos transitorios pueden ser causados por compartir una fuente de alimentaci n con equipos de soldadura por arco por el arranque directo a trav s de la l nea de motores grandes o por otros equipos industriales que requieran sobre corrientes transitorias elevadas Para evitar los da os ocasionados por perturbaciones en la fuente de potencia deber considerarse lo siguiente a Conecte el control a una l nea alimentadora separada de las que abastecen grandes cargas inductivas b Alimente potencia al control a trav s de un transformador de aislamiento dimensionado correctamente Al usar un transformador de aislamiento para
30. tador para saber la condici n de su conmutador Qu hacer si deseo instalar un variador de motor AC luego de a almacenado por un periodo menor a 1 a o No necesita ninguna modificaci n o prueba especial b almacenado por un periodo entre 1 a 2 a os Aplicar potencia al variador una hora antes de dar el comando de arranque tiempo de carga 1 hora Pag 19 Unidad Tecsup Virtu l Variadores de Velocidad c d almacenado por un periodo entre 2 a 3 a os Usar una fuente de alimentaci n AC Aplicar el 25 de la tensi n de entrada durante 30 minutos Incrementar la tensi n al 50 durante 30 minutos m s Incrementar tensi n hasta el 75 durante 30 minutos m s Incrementar la tensi n hasta el 100 durante 30 minutos m s El convertidor estar listo para funcionar tiempo de carga 2 horas almacenado por un periodo entre 3 a m s a os Proceder como el caso anterior pero los periodos deben ser de 2 horas tiempo de carga 8 horas Ubicaci n f sica del variador La ubicaci n del control 19H es muy importante Deber instalarse en un lugar protegido contra la exposici n directa a la luz solar las substancias corrosivas los gases o l quidos nocivos el polvo las part culas met licas y la vibraci n La exposici n a estos elementos puede reducir la vida til y degradar el rendimiento del control Hay varios otros factores que deber n evaluarse cuidadosamente al seleccionar el lugar de ins
31. talaci n 1 Para lograr eficacia en el enfriamiento disipaci n t rmica y mantenimiento el control deber montarse verticalmente en una superficie vertical plana lisa y no inflamable Cuando el control est montado en un gabinete use la informaci n sobre p rdida de watts provista en la Tabla 2 1 de manera de proporcionar el enfriamiento y la ventilaci n adecuada 4 watts por amperio de salida continua Para que haya una adecuada circulaci n de aire se deber dejar un espacio libre de 5 cm dos pulgadas como m nimo alrededor del control Deber contarse con acceso frontal para poder abrir la tapa del control o sacarla para efectuar servicio y para permitir ver el display visualizador del teclado El teclado puede como opci n montarse en forma remota a una distancia de hasta 30 metros 100 pies del control Los controles que se instalen en un gabinete montado sobre el suelo deber n ubicarse dejando espacio libre para poder abrir la puerta del gabinete Este espacio permitir tambi n contar con suficiente circulaci n de aire para enfriamiento Reducci n de capacidad por altitud Hasta 1 000 metros 3 300 pies no se requiere hacer reducci n A m s de 1 000 metros reduzca la corriente continua y pico de salida en un 2 por cada 305 m 1 000 pies Temperature derating Reducci n de capacidad por temperatura Hasta 40 C no se requiere hacer reducci n A m s de 40 C reduzca la corriente continua y
32. tud y por lo tanto una menor longitud de cable para inversores basados en IGBTs El resultado es que un voltaje doble al bus DC puede ser aplicado a trav s de los bobinados del motor causando falla prematura d Asumiendo que en una instalaci n t pica las impedancias del motor y el cable no son iguales entonces ocurrir un voltaje reflejado Luego siempre habr voltaje reflejado as se usen inversores con IGBT BJT o GTO Los fabricantes demotores que tienen experiencia en la aplicaci n de inversores tienen las siguientes consideraciones 1 Las fallas en los motores o la disminuci n de la expectativa de vida en los motores son asociados con su uso en inversores 2 Los requerimientos de aislamiento requeridos para los motores es dos veces el voltaje nominal m s 1 000 voltios Esto es para protegerlos contra las ondas reflejadas 3 Los motores m s peque os y baratos tienen menores factores de seguridad y por lo tanto son m s factibles de da o 4 Los criterios de dise o para que los motores tengan mayores expectativas de vida son A Bobinado B Aislamiento Conclusiones 1 No existe indicadores que sostengan que la introducci n de inversores con IGBT han incrementado las fallas en los motores 2 Cualquier falla anticipada puede ocurrir con diversos dise os de inversor incluyendo BJT y GTO 3 Se deben usar motores de calidad los Inverter Duty Motors para todas las aplicaciones y limitar la longitud
33. uerimientos de torque de la m quina El tama o m nimo de motor permitido es 5 HP PASO 6 Determine el rango de velocidad deseado Respuesta De la informaci n aprovechable se observa que el cliente desea un rango de velocidad de 5 a 1 La velocidad base es 1 800 RPM con un deslizamiento aproximado de 1 750 RPM a 60 Hz 1750 5 350 RPM 1750 60 29 17 RPM Hz Por lo tanto 350 29 17 11 99 Hz Usando el motor existente se requiere una frecuencia de operaci n de 11 9 Hz para la velocidad m nima y 60 Hz para la velocidad m xima El rango de velocidad para el motor ser de 350 RPM a 1 750 RPM y el rango de frecuencia del variador ser de 11 9 Hz a 60 PASO 7 El ciclo de trabajo del sistema debe ser evaluado para determinar el tama o del motor Respuesta El ciclo de trabajo del motor no es estable El ciclo de trabajo se define como la relaci n del tiempo de trabajo al tiempo total para completar un ciclo Debido al perfil de carga tipo shock en el proceso y las frecuentes ocurrencias el fabricante del motor deber a ser consultado PASO 8 Defina la fuente de alimentaci n Respuesta Observando los datos encontramos que el suministro es de 460VAC 60 Hz El tama o de kVA y ruido de la l nea no es suministrado PASO 9 El tama o del motor se basa en el rango de velocidad requerido el requerimiento de torque m ximo y un factor de decaimiento dado por el fabricante del motor para las condiciones de alimentaci
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