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5/19/2018 Teor a de Variadores formato ABB.ppt.pdf

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Low Voltage Drives - DMVictor Bonifaz, LV DRIVES, 8 de Agosto

Teora de Variadores de Velocidad


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Es un equipo electrnico que permite regular la velocidad de los

motores de induccin de corriente alterna trifsico.

Carga Motor

Variador

Red Elctrica


Definicin de Variador de Velocidad


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Control de velocidad variable, ahorrando as una considerable cantidad de energa.

Reduccin del desgaste del equipo de proceso y se logra una disminucin de la cargamedioambiental.


Beneficios del uso de Variadores de Velocidad


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El par cuadrtico es el tipo de carga

ms comn. Las aplicaciones tpicas

son bombas y ventiladores centrfugos.

El par es cuadrticamente proporcional

a la velocidad, y la potencia lo es

cbicamente.


Tipos de Cargas Par Cuadrtico


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Mtodos para la Regulacin de Flujo


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AHORRO DE ENERGAdebido al control de velocidad variable.




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Un arranque y parada suave reducen el desgaste del equipo.




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Mayor calidad a travs de un mejor control del proceso.

Un arranque y parada suave reduce las prdidas y ahorra materia prima.


Ventajas del uso de Variadores de Velocidad


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Ventajas del uso de Variadores de Velocidad


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Filtro DCRectificador

V1 V3 V5

V2V6V4

C

L +

-

U1V1W1

M 3 ~Ud

Control Electrnicocontrol, monitoreo y comunicacin

L1

L2

L3

Inversor

Motor

MonitoreoControl

Fuente

Ulinea UDC Usalida


Esquema de Variador de Velocidad


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Control Escalar


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Control Vectorial


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Control de Torque Directo (DTC)


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MEDICIONES.-Se miden dos intensidades de fase del motor y la tensin de bus deCC, junto con las posiciones de los conmutadores del inversor. Esta informacin sealimenta al Modelo de Motor adaptable, la sofisticacin de ste permite calcular datosprecisos sobre el motor.

AUTOAJUSTE.-Antes de iniciar el accionamiento DTC, el Modelo de Motor recibeinformacin sobre el motor, que se recoge durante la marcha de identificacin delmotor. As se determinan datos tales como la resistencia del estator, la inductanciamutua.

COMPARADOR DE PAR Y COMPARADOR DE FLUJO.- Tanto el par real como elflujo real se alimentan a los comparadores, donde son comparados cada 25microsegundos con un valor de referencia del par y del flujo. Las seales de estado delpar y del flujo se calculan utilizando un mtodo de control de histresis de dos niveles.A continuacin, estas seales se alimentan al selector de pulsos ptimos.

SELECTOR DE PULSOS PTIMOS.-Cada 25 microsegundos, se suministra un pulsoptimo a los dispositivos de conmutacin del semiconductor del inversor para alcanzaro mantener un par preciso del motor. La combinacin correcta de los conmutadores sedetermina en cada ciclo de control. No existe un patrn determinado de los

conmutadores.




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REGULADOR DE REFERENCIA DE PAR.-el valor de salida de control de la velocidadest limitado por los lmites de par y la tensin de bus de CC. La referencia de parinterna de este bloque se alimenta al comparador de par.

BLOQUE REGULADOR DE VELOCIDAD.-Se compone de un regulador PID y de uncompensador de aceleracin. La seal de referencia de velocidad externa se comparacon la velocidad real producida por el Modelo de Motor. La seal de error se alimentaentonces tanto al regulador PID como al compensador de aceleracin. El valor desalida es la suma de los valores de salida de ambos.

REGULADOR DE REFERENCIA DE FLUJO.-Puede dar un valor absoluto del flujo delestator al bloque comparador de flujo. La capacidad de controlar y modificar este valorabsoluto ofrece una manera fcil de realizar muchas funciones del inversor, tales comola optimizacin del flujo y el frenado del flujo.




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Respuesta tpica de par de 1 a 2 ms en comparacin a los 10-20ms de losaccionamientos vectoriales y de 100 ms en los escalares.

Alta estabilidad a los cambios de carga.

Control de par a bajas frecuencias. la velocidad puede Controlarse a frecuenciasinferiores a 0,5Hz y ofrecer todava unpar al 100% durante todo elproceso hastallegar a la velocidad cero.




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Respuesta tpica de par de 1 a 2 ms en comparacin a los 10-20ms de losaccionamientos vectoriales y de 100 ms en los escalares.

Alta estabilidad a los cambios de carga.

Control de par a bajas frecuencias. la velocidad puede Controlarse a frecuenciasinferiores a 0,5Hz y ofrecer todava unpar al 100% durante todo elproceso hastallegar a la velocidad cero.




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Error entre la referencia de velocidad y el valor real a carga constante.

VENTAJAS - PRECISIN DE VELOCIDAD ESTTICA DEL MOTOR

Integral de tiempo de la desviacin de velocidad cuando se aplica una velocidad de par nominaldel 100%

VENTAJAS - PRECISIN DE VELOCIDAD




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EMCsignifica compatibilidad electromagntica. Es la capacidad del equipo elctrico/electrnico defuncionar sin problemas dentro de un entorno electromagntico. Igualmente, el equipo no debealterar ni interferir con cualquier otro producto o sistema prximo.

Inmunidad.-El equipo elctrico debera ser inmune a los fenmenos de alta y baja frecuencia. Los

fenmenos de alta frecuencia incluyen descargas electrostticas, incrementos transitoriosrpidos, campos radiantes electromagnticos, perturbaciones de radiofrecuencia conductora ysobretensiones elctricas transitorias.

Emisin.- La fuente de las emisiones de alta frecuencia de convertidores de frecuencia es laconmutacin rpida de los componentes de potencia como los IGBT y la electrnica de control.

Accesorios

Filtros EMC


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Primer entorno.- El primer entorno incluye las instalaciones domsticas, as como losestablecimientos directamente conectados sin un transformador intermedio a una red dealimentacin de baja tensin que alimenta a los edificios empleados con fines domsticos.

Segundo entorno.-El segundo entorno incluye todos los establecimientos que no son los queestn directamente conectados a la red de alimentacin de baja tensin que alimenta a los edificiosempleados con fines domsticos

Accesorios

Filtros EMC


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Redes IT (sin conexin de neutro a tierra)

Desconecte los condensadores de filtro EMC de las selecciones antes de conectar el convertidor defrecuencia a una red sin conexin a tierra.

ADVERTENCIA! Si se instala un convertidor de frecuencia con seleccin de filtroen una red IT [unsistema de alimentacin sin conexin a tierra o un sistema de alimentacin conectado a tierra de altaresistencia (por encima de 30 ohmios)], el sistema se conectar al potencial de tierra a travs de loscondensadores de filtro EMC del convertidor de frecuencia. Esto podra entraar peligro o provocar daosen la unidad.

El filtro EMC del convertidor de frecuencia incluye condensadores conectados entre elcircuito de potencia y el bastidor. Estos condensadores y los cables a motor de granlongitud incrementan la corriente de fuga a tierra y pueden provocar el disparo de losinterruptores diferenciales.

Accesorios

Filtros EMC


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FILTROS EMCEXTERNOS

FILTROS EMCINTERNOS

Accesorios

Filtros EMC


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Los filtros du/dt suprimen los picos de tensin de salida del inversor y las fluctuacionesrpidas de tensin que afectan al aislamiento del motor. Adems, el filtrado du/dt reducelas corrientes de fuga capacitivas y las emisiones de alta frecuencia del cable de motor,as como las prdidas de alta frecuencia y las corrientes en los cojinetes del motor.

Accesorios

Filtros du/dt


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La suma del pulso inicial y el pulso de voltaje reflejado determinar el pico de voltaje en losterminales del motor. La figura es un ejemplo de la medicin en los terminales del motor parauna aplicacin con grandes longitudes de cable a motor. Mientras que el voltaje RMS es solo466 V y el voltage en el bus DC es aproximadamente 650 V, el valor de voltaje pico - picollega a ser hasta 2270 V, claramente mayor a 1000 V. Adems como se puede ver el motoresta sometido a pulsos de sobretensin repetitivos.

Accesorios

Filtros du/dt


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Los filtros du/dt reducen el pico de voltaje generado por el pulso de voltaje y su correspondientepulso reflejado, pero tienen poco efecto sobre la pendiente del pulso. Tal como se puede ver en laimgen donde la forma de la onda sigue siendo una PWM, solo que con una reduccin en los picosde tensin.

Especificaciones tpicas para filtros du/dt indican que ,a 1000 pies mximo, el voltaje pico noexceder 1.5 veces el voltaje del bus DC. En una aplicacin con variador de velocidad conectado auna red de 480 V, el voltaje en el bus DC es aproximadamente 650 Vdc. Con lo cual el pico devoltaje usando un filtro du/dt sera de aproximadamente 975 V, lo cual esta cerca de los valorespermitidos en los estndares para motores que no han sido diseados para el uso con variadoresde velocidad.

Accesorios

Filtro du/dt


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Los filtros senoidales, son filtros pasabajos que convierten la onda PWM en una onda devoltaje senoidal. Estos filtros virtualmente eliminan las ondas de voltaje reflejadas yreducen al mnimo la fluctuaciones rpidas de tensin. El resultado es una casi senoidal

con una baja distorsin en la onda y picos de voltaje normales (alrededor de 1.1 veces elvoltaje del bus DC)

Accesorios

Filtro Senoidal


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Como la salida es una onda practicamente senoidal, se pueden lograr longitudes decable infinitas (excepto por la caida de tensin). Este tipo de filtros hace posible el uso demotores no diseados para el uso de variadores de velocidad con este tipo de

accionamiento. En el caso de motores que si son diseados para este tipo de trabajo, losfiltros seno permiten reducir prdidas e incrementos de temperatura, lo cual prolonga lavida til del motor.

Accesorios

Filtro Senoidal


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Accesorios

Resistencia de Frenado

ABB Group

Resaltado en rojo, el chopper de frenado y los bornes para la conexin de laresistencia de frenado.


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Accesorios

Filtro du/dt vs Filtro Senoidal


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Filtro DCRectificador

C

+

-

U1V1W1

M 3 ~Ud

L1

L2

L3Inversor

Motor

Corriente de Linea

V

I

V , I

L


Distorsin Armnica


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I

I5

=5x60Hz=300Hz

7I =7x60Hz=420Hz

I1

=1x60Hz=60Hz

I 11 =11x60Hz=660Hz

I13

=13x60Hz=780Hz

....1311751

+++++= IIIIII

V=Z x I


Distorsin Armnica


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Zcc

....1311751

+++++= IIIIII

I

I

...

*

*

*

*

:

....

1111

77

55

11

1311751

ZIV

ZIV

ZIV

ZIV

VVVVVV

cc

cc

cc

cc

donde

=

=

=

=

+++++=

V

sZ

CC

CC

Vred2

=


Distorsin Armnica


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s

ZCC

CC

V red2

=

SS VFDcc 100>=> Red fuerte contra armnicos

SS VFDcc

50 Red dbil contra armnicos

0,0%

1,0%

2,0%

3,0%

4,0%

5,0%

6,0%

2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

Order No.

Harmonicscontentofthevoltage

Active Front End12 pulsos6 pulsos


Distorsin Armnica


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