Optimización y Configuración de Variadores de Frecuencia para un Rendimiento Superior

Optimización y Configuración de Variadores de Frecuencia

Configuración del Variador

Factor de Prevención de Sobrecarga: Su función es evitar que el motor consuma más de una intensidad predefinida en el variador. Actúa sobre el voltaje (V) y la frecuencia (F) durante la aceleración del motor, disminuyendo la frecuencia para reducir la velocidad y evitar sobrepasar los valores predefinidos de sobrecarga.

Comportamiento del Motor en Deceleración: En la deceleración, el motor se comporta como un generador, devolviendo energía a la red. Si se programa un tiempo de deceleración muy corto, se generará mucha energía que el bus de continua no podrá absorber, lo que provocará que el variador se desconecte.

Parada Libre del Motor: Para configurar la parada libre del motor, se debe configurar una de las entradas digitales para que, al activarse, se produzca la parada libre del motor.

Opciones de Configuración de Velocidad

• Display: Ajuste mediante potenciómetro y las flechas del display.
• Potenciómetro Externo.
• Entradas Digitales: Usando 3 entradas digitales, se pueden programar hasta 7 velocidades distintas.
• Sensores Analógicos: A través de entradas analógicas.

Número de Velocidades Distintas con Entradas Digitales: 8

Sobrecarga de Intensidad Permitida: El variador permite una sobrecarga de intensidad del 150% durante 60 segundos o del 200% durante 3 segundos sin desconectarse.

Protección del Motor por Sobrecarga: Se informa al variador de la intensidad nominal del motor. Cuando el variador detecta una sobreintensidad superior al 150% o 200%, lo desconecta.

Actuación del Variador ante Sobrecarga: El variador disminuye la velocidad, bajando la frecuencia para intentar reducir la corriente.

Refrigeración del Motor a Bajas Velocidades: La refrigeración disminuye.

Velocidad para Par Nominal Continuo: El motor puede trabajar proporcionando su par nominal de forma continua hasta aproximadamente 1/3 de su velocidad nominal.

Solución para Par Resistente Elevado a Bajas Velocidades: Se requiere refrigeración adicional o un motor más grande.

Configuración del Control Escalar

Relación V/F: Para configurar la relación V/F, se deben introducir los valores nominales de voltaje (V) y frecuencia (F) del motor en el variador.

Velocidad de Giro Real en Lazo Abierto: En control escalar V/F, no se conoce la velocidad de giro real del motor, ya que la velocidad del rotor depende de la carga.

Compensación de Deslizamiento: Sirve para que el motor gire a la velocidad programada en el variador.

Funcionamiento del Motor y Par Resistente: El motor funciona a una velocidad en la que el par resistente coincide con el par disponible del motor. Si el par resistente sube, la velocidad del rotor baja, lo que afecta la conductividad del rotor, sube la FEM inducida, la corriente y el par desarrollado por el motor.

Disminución del Par Máximo a Bajas Velocidades: A bajas velocidades, la caída de voltaje en las bobinas del estator tiene mayor incidencia en la bajada del voltaje aplicado al motor, lo que reduce el par.

Compensación de Disminución de Par a Bajas Velocidades: El variador ofrece la opción de incrementar el voltaje a bajas velocidades.

Receptores Adecuados para Control Escalar: Bombas y ventiladores, ya que estos receptores presentan poco par resistente a bajas velocidades.

Configuración de la Relación V/F Variable: En control escalar, se puede configurar la relación V/F según va cambiando la frecuencia.

Opciones del Variador para Relación V/F Variable: Se puede configurar una relación V/F a medida en el variador según el tipo de receptor a conectar.

Entradas/Salidas Analógicas

Requisito para la Comunicación de un Sensor: Un sensor necesita un transmisor para comunicarse con el variador.

Señales de Comunicación: Los elementos de comunicación existentes pueden transmitir señales de 0-10V o 4-20mA.

Conexión del Transmisor (Salida en Voltaje): Si la salida del transmisor proporciona voltaje, se conecta entre los bornes AI1 y GND.

Señal de Comunicación Más Popular: La señal de 4-20mA es la más popular en el mundo industrial porque las caídas de tensión afectan a la señal de 0-10V.

Señal de Salida Analógica del Variador: El variador proporciona una señal de salida analógica de 0-10V. Si la salida analógica está vinculada a la frecuencia que proporciona el variador, los valores de salida serán 0V si F=0 y 10V si F es máxima.

Salida a Relé: La salida a relé está constituida por un conmutador libre de tensión. Un ejemplo de configuración es que la salida a relé actúe cuando el variador da error.

Conexión en la Salida a Transistor: Normalmente, se conecta un piloto de señalización en la salida a transistor configurada en el variador.

Frenado/Variador

Tipos de Paradas Disponibles:

• Por inyección de corriente continua (CC).
• Parada libre.
• Por programación de deceleración del variador.

Parada por Inyección de CC: Se consigue inyectando CC a 2 fases del estator para crear un campo magnético fijo.

Comportamiento como Generador: El motor se comporta como un generador en la parada programada con un tiempo de parada (frenado dinámico).

Imposibilidad de la Corriente del Motor de Atravesar el Variador: La corriente del motor no puede atravesar el puente de diodos.

Efecto en el Bus CC: Cuando el motor se comporta como generador, el voltaje en el bus CC aumenta, lo que puede provocar que el variador se desconecte si se sobrepasa el valor de voltaje permitido.

Misión de los Diodos en Paralelo con IGBT: Evitar que los IGBT se dañen cuando el motor actúa como generador.

Actuación de los 6 Diodos en Paralelo: Actúan como un puente rectificador trifásico de doble onda cuando el motor es generador.

Efecto en el Condensador del Bus CC: El condensador se va cargando y, si no puede soportar la carga, se destruye.

Solución para Desconexión en Ventiladores Grandes: Realizar una parada libre.

Otra Forma de Parar Ventiladores Grandes: Programar un tiempo de parada prolongado para que el variador absorba la energía almacenada.

Elementos en Grúas para Evitar Desconexión por Exceso de Voltaje: Se conecta una resistencia en caso de no poder disipar toda la energía.

Elemento Adicional: Relé térmico.

Circuito de Control del Variador: Incorpora un 7º IGBT para actuar sobre el circuito anterior.

Accionamiento del 7º IGBT: Se acciona cuando se alcanza un determinado valor de voltaje.

%ED (Porcentaje de Duración): Es el porcentaje de utilización de la resistencia. Si una resistencia R12 con 25%ED disipa 7.5kW, si se aumenta a 50%ED, la energía que puede disipar es menor.

Actuación de Variadores con Freno Regenerativo: Devuelven energía a la red.

Ahorro de Energía

Fórmula de Potencia del Motor: P = M x W (Par x Velocidad Angular). En una cinta transportadora, si el peso es constante, ahorraremos energía bajando la velocidad.

Elementos para Variar la Velocidad en una Cinta Transportadora: Variador mecánico, reductora.

Elemento para Velocidad Fija Inferior a la Nominal: Reductora en cinta transportadora.

Ahorro de Energía con Variador: No necesariamente, depende de la aplicación.

Beneficios del Variador en Cinta Transportadora: Menos elementos mecánicos, arranque y parada más suaves.

Efecto de la Reductora en el Par Motor: Aumenta.

Eliminación de la Reductora: En una cinta transportadora con motor y reductora, si el par es algo superior al resistente, no se puede quitar la reductora y bajar la velocidad con el variador, ya que el par motor no puede con el par resistente de la cinta. Se deberá poner un motor con más par para poder accionarlo con el variador.

Receptores con Pares Resistentes Variables: Bombas y ventiladores.

Proporción de Disminución de Potencia al Bajar la Velocidad: El cubo de la velocidad.

Ahorro en Instalaciones con Bombas o Ventiladores: Con sensores para adecuar la velocidad a los procesos.

Conexión del Sensor de Caudal: Se conecta a las entradas analógicas del variador.

Control de Caudal sin Variador: Reguladores de caudal.

Adecuación del Control Escalar en Ventiladores o Bombas: Sí, porque las exigencias de par resistente a bajas velocidades son pequeñas.

Electrofreno

Actuación del Electrofreno sin Voltaje: Bloquea el motor.

Bobina del Electrofreno: Monofásica de corriente continua (CC).

Alimentación del Electrofreno con la Salida del Variador: No, porque el voltaje de salida del variador es variable y podría no soltarlo.

Conexión del Electrofreno con Variador: Independientemente del variador, a través de un contactor gobernado por el variador.

Problema con Electrofreno y Variador Simultáneos: En una grúa con variador V/F, si se programa el electrofreno a la vez que el variador suministra voltaje, la grúa cae.

Solución: Retrasar la apertura del electrofreno.

Prueba de Par: Comprueba que el motor va a poder con la carga y entonces libera el electrofreno.

Información del Encoder: El encoder suministra información sobre la posición y velocidad del rotor al variador.

Métodos Vectoriales para Saber la Velocidad del Motor:

• Encoder.
• Estimar la velocidad.

Funcionamiento del Variador Vectorial: Conociendo la velocidad del motor, un variador vectorial aplica el par necesario para llevarla hasta la velocidad programada.

Ventajas e Inconvenientes del Variador Vectorial con Encoder:

• Ventaja: Precisión.
• Desventaja: Precio, cableado.

Resistencia de Frenado en Grúas: Sí, porque se comporta como generador.

Control PID

Magnitudes para Control PID: Temperatura (Cº), caudal de aire (AA), caudal de bomba, presión.

Sistema de Ciclos de Tiempo: Se crea un sistema que establece ciclos de tiempo en función del motor. Durante el tiempo de muestreo, se programan los 3 parámetros disponibles para conseguir que el motor funcione el tiempo adecuado para llegar al valor de consigna programado.

Conexión para Control PID: Se necesitan sensores conectados a las entradas analógicas del variador.

Set Point: Es el valor de referencia.

Formas de Introducir el Set Point:

• Desde un potenciómetro.
• Autómata.
• Display.

Controles para Mantener Temperatura Constante: Proporcional, integral, derivativo.

Función en Lazo Cerrado: Controlador PID.

Funcionamiento del Variador con PID: Asigna un valor de ajuste y, con la información de la variable de salida, intenta alcanzar ese valor.

Objetivo del Control PID: Modificar los parámetros de velocidad e intensidad para alcanzar el valor de consigna programado.

Señales para Control PID: Punto de ajuste, valor de la variable de proceso.