Variadores De Frecuencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA

Curso: Análisis de Maquinas Eléctricas

Especialidad: Ing. Mecatronica

Alumno:

Zarate Pérez Eliseo Juan

Docente:

Ing. Jorge Inca

VARIADORES DE FRECUENCIA

REPASO DE CONCEPTOS ELECTROTÉCNICOS.

Como paso previo a la lectura de estos apuntes, sería conveniente

un repaso a los conceptos básicos de los motores asíncronos de jaula de

ardilla, sobre todo a los puntos de arranque, velocidad y frenado.

Igualmente, a continuación se exponen, como repaso, algunos conceptos

sobre máquinas asíncronas (generadores y motores).

Las máquinas eléctricas sirven para transformar la energía mecánica

en eléctrica (generadores) o, inversamente, para transformar la energía

eléctrica en mecánica (motores); es decir que la máquinas eléctricas son

reversibles y pueden trabajar como generador o como motor.

Estas máquinas asíncronas se basan en el principio de la acción de

un campo magnético giratorio sobre un arrollamiento en cortocircuito.

Efecto

Efecto de campo giratorio sobre una espira en cortocircuito.

El sistema magnético de una máquina asíncrona consta de 2

núcleos: el núcleo exterior fijo que tiene la forma de un cilindro hueco y el

núcleo cilíndrico interior giratorio.

Sistema magnético de la máquina asíncrona.

La parte fija de la máquina se llama estator y la parte giratoria

rotor.

ESTATOR: en las ranuras ubicadas en el lado interior del estator se coloca

un arrollamiento trifásico, constituido por 3 arrollamientos iguales (uno

por cada fase) desplazados 120º entre sí (para un motor con un solo par de

polos). Por lo visto en campos giratorios, los efectos simultáneos de las 3

corrientes de una red trifásica originan un campo constante que gira a

velocidad síncrona (ns).

ROTOR: si en el interior del estator colocamos una espira en cortocircuito

(rotor) que pueda girar alrededor de un eje, se tiene que:

Al conectar el estator a la red se origina un campo giratorio que

originará una fem inducida.

Esta fem inducida, a su vez hace circular una corriente en la

espira en cortocircuito (rotor), y por la acción del campo magnético

creará cuplas distribuidas a lo largo de la espira haciendo que ésta

trate de seguir al campo giratorio.

Es obvio que la espira nunca podrá alcanzar al campo giratorio

debido a la cupla resistente, que está compuesta en prime r término

por las pérdidas por rozamiento en los cojinetes, y en segundo

término por la carga que mueve el eje del motor.

Es decir que siempre habrá una diferencia entre la velocidad “n s”

del campo giratorio y la del rotor “n” (o la del eje del motor).

Por lo tanto, llamaremos velocidad relativa a la diferencia entre ns y n,

que para el caso de motores será positiva y para el caso de generadores

será negativa

Conclusión:

Las rpm reales de un motor (n) son función del resbalamiento (s), de

la cantidad de pares de polos (p) y de la frecuencia de línea (f).

Sobre ésta última, centraremos nuestra atención, ya que los

variadores estáticos de frecuencia, tomando la tensión y la frecuencia de

línea, podrán variarla a su salida entre 0,01 Hz y 350 Hz o más

dependiendo del uso y tipo de motor a emplear.

1. INTRODUCCIÓN.

Sin duda alguna los accionamientos a base de motores eléctricos son

los más numerosos de la mayoría de las aplicaciones, y dentro de ellos los

basados en motores de corriente continua han gozado de una total

hegemonía en el campo industrial durante décadas.

Sin embargo los motores con menor nivel de exigencias en el

mantenimiento son los motores asíncronos de jaula de ardilla, debido a

que carecen de colector, tienen una relación peso-potencia mucho menor

que los de continua, y por tanto un coste significativamente más bajo. Por

estas razones, dada su capacidad de soportar sobrecargas y su elevado

rendimiento, es el motor más atractivo para la industria.

Desde hace aproximadamente 20 años, el elevado desarrollo de la

electrónica de potencia y los microprocesadores ha permitido variar la

velocidad de estos motores, de una forma rápida, robusta y fiable,

mediante los reguladores electrónicos de velocidad.

La elección de la instalación de un convertidor de frecuencia como

método de ahorro energético supone:

Reducción del consumo.

Mejor control operativo, mejorando la rentabilidad y la

productividad de los procesos productivos.

Minimizan las pérdidas en las instalaciones.

Ahorro en mantenimiento (el motor trabaja siempre en las

condiciones óptimas de funcionamiento).

2. FUNDAMENTOS TECNOLÓGICOS DE LA REGULACIÓN

ELECTRÓNICA DE VELOCIDAD EN MOTORES.

Un regulador electrónico de velocidad está formado por circuitos que

incorporan transistores de potencia como el IGBT (transistor bipolar de

puerta aislada) o tiristores, siendo el principio básico de

funcionamiento transformar la energía eléctrica de frecuencia

industrial en energía eléctrica de frecuencia variable.

Esta variación de frecuencia se consigue mediante dos etapas en

serie. Una etapa rectificadora que transforma la corriente alterna en

continua, con toda la potencia en el llamado circuito intermedio y otra

inversora que transforma la corriente continua en alterna, con una

frecuencia y una tensión regulables, que dependerán de los valores de

consigna. A esta segunda etapa también se le suele llamar ondulador.

Todo el conjunto del convertidor de frecuencia recibe el nombre de

inversor.

El modo de trabajo puede se manual o automático, según las

necesidades del proceso, dada la enorme flexibilidad que ofrecen los

reguladores de velocidad, permitiendo hallar soluciones para obtener

puntos de trabajo óptimos en todo tipo de procesos, pudiendo ser

manejados por ordenador, PLC, señales digitales o de forma manual.

La mayoría de las marcas incluyen dentro del propio convertidor

protecciones para el motor, tales como protecciones contra

sobreintensidad, sobretemperatura, fallo contra desequilibrios, defectos a

tierra, etc, además de ofrecer procesos de arranque y frenados suaves

mediante rampas de aceleración y de frenado, lo que redunda en un

aumento de la vida del motor y las instalaciones.

Como debe saberse, el uso de convertidores de frecuencia añade un

enorme potencial para el ahorro de energía disminuyendo la velocidad del

motor en muchas aplicaciones. Además aportan los siguientes beneficios: Mejora el proceso de control y por lo tanto la calidad del producto.

Se puede programar un arranque suave, parada y freno (funciones

de arrancador progresivo).

Amplio rango de velocidad, par y potencia. (velocidades continuas y

discretas).

Bucles de velocidad.

Puede controlar varios motores.

Factor de potencia unitario.

Respuesta dinámica comparable con los drivers de DC.

Capacidad de by-pass ante fallos del variador.

Protección integrada del motor.

Marcha paso a paso (comando JOG).

Con respecto a la velocidad los convertidores suelen permitir dos tipos

de control: Control manual de velocidad. La velocidad puede ser establecida o

modificada manualmente (display de operador). Posibilidad de variación en

el sentido de giro.

Control automático de velocidad. Utilizando realimentación se puede

ajustar la velocidad automáticamente. Esta solución es la ideal para su

instalación en aplicaciones en las que la velocidad demandada varía de

forma continua.

2.1. Rectificadores para convertidores de frecuencia.

2.1.1. Rectificadores no controlados de tensión fija.

El fenómeno de la rectificación se da porque los diodos van

conmutando cíclicamente al circuito de cc sobre las fases de ca. Es la

tensión de esta red la que va forzando el paso a conducción o bloqueo de

los diodos, a esta conmutación se le llama forzada. Si sólo se rectifican las

semiondas positivas de la tensión alterna tenemos un montaje de media

onda y si se rectifican ambas semiondas, tenemos un montaje de onda

completa.

En los montajes de media onda la tensión no es continua pura, ya

que exhibe cierto grado de rizado u oscilación en torno a su valor medio.

Los diodos que conducen en cada momento son aquellos en los que la

tensión de la fase en la que van conectados supera a la de las otras dos.

Rectificador trifásico de media onda

El rectificador trifásico

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