- El motor y sus especificaciones - Drives y sus características de salida - Problemática de los drives y sus soluciones - Consideraciones en instalaciones CONSIDERACIÓN DE INTEGRACIÓN PARA MOTORES CON DRIVES Ing. Mario Villalta

EL MOTOR: INTRODUCCIÓN

EL MOTOR: DATOS IMPORTANTES Voltaje nominal Corriente nominal Frecuencia nominal Razón de torque constante (constart torque ratio) Factor de servicio Insulation class Marca Modelo Frame Inverter duty

EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO El servicio se da de acuerdo al uso. S1: Continuo S2: Temporal S3: Periódico intermmitente sin arranque S4: Periódico intermitente con arranque S5: Periódico intermitente con arranque y frenado eléctrico S6: Periódico de funcionamiento continuo S7: Continuo con arranque y frenado eléctrico S8: Periódico con funcionamiento continuo con cambios en carga/velocidad relacionados S9: Variadores de carga y velocidad no periódicas

Funcionamiento en un estado de carga estable Duración de tiempo suficiente para alcanzar un equilibrio térmico EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO Servicio S1Funcionamiento

EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO Servicio S2Funcionamiento

Esta compuesto de una secuencia de ciclos de servicio similares con una duración Ts a carga constante y un intervalo que no es tan corto como para alcanzar el equilibrio térmico y la corriente de arranque no afecta al calentamiento. EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO Servicio S3Funcionamiento

Funcionamiento ciclos iguales cada Ts con tiempo de arranque Ta, Funcionamiento carga constante Tb y reposo Tst EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO Servicio S4Funcionamiento

Funcionamiento similar al del servicio S4 con la diferencia que se utiliza un freno eléctrico a alta velocidad EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO Servicio S5Funcionamiento

Secuencia de ciclos de servicios similares con una duración Ts, abarca un tiempo Tb con carga const. Y tiempo de reposo tL, después de Tb el motor sigue girando sin carga. EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO Servicio S6Funcionamiento

Secuencia de ciclos de servicio con duración Ts, con arranque tA, un tiempo tB con carga const. Y un tiempo de frenado eléctrico de alta velocidad EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO Servicio S7Funcionamiento

Ciclos con duración Ts, cada uno con tiempo en carga constante y una vel. Determinada y después uno o varios tiempos con cargas diferentes que corresponden a velocidades distintas. EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO Servicio S8Funcionamiento

La carga y la velocidad varían de forma no periódica dentro del régimen de funcionamiento máximo. EL MOTOR: TIPOS DE SERVICIO Servicio S9Funcionamiento

EL MOTOR: TIPOS DE AISLAMIENTO TÉRMICO

El aislamiento eléctrico para motores de propósito general deben seguir la norma NEMA MG1 – parte 30, por lo general estos no sobrepasan un aislamiento de 1000 voltios para periodos de subida de 2us. El aislamiento para motores para uso con variadores tiene un aislamiento entre vuelta y vuelta o entre fase y fase de 1600 voltios para un tiempo no menor de 0.1us, esto según la normativa NEMA MG1 – parte 31. EL MOTOR: AISLAMIENTO ELÉCTRICO

Rango de frecuencia de 0.01 a 120 Hz Frecuencia de portadora de KHz hasta 22kW, KHz para 30kW, 0.7-4KHz hasta 75kW, hasta 280kW y hasta 450kW. Sobrecarga 110% x 1 min ND Sobrecarga 150% x 2 min HD Voltajes de salida igual que IG5A Rango de frecuencia de 0.1 a 400 Hz Frecuencia de portadora de 1 – 15 KHz Sobrecarga al 150% por 1 min Voltajes de salida VAC y VAC (según tipo) DRIVES LS: CARACTERÍSTICAS DE SALIDA AC DRIVE IG5AAC DRIVE IP5A

DRIVES: FORMAS DE ONDA

DRIVES: VIDA ÚTIL DEL AISLAMIENTO DEL BOBINADO

DRIVES: VIDA ÚTIL DEL AISLAMIENTO TÉRMICO

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: EFECTO ONDA REFLEJADA Es el fenómeno en la electricidad que se da cuando cambia de un medio a otro de la señal rápidamente conmutada de los sistemas electrónicos del drive (transistores de potencia IGBTs), en el caso de un sistema de variador y motor tenemos que: VARIADOR – CABLE – MOTOR La onda generada por un variador de frecuencia común y corriente (6 pulsos) tiene una gran repercusión sobre este fenómeno por su forma control PWM de la señal. El variador de 6 pulsos es el más contaminante tanto para el motor como para la red eléctrica, existen de 12, 18 y 24 pulsos pero son mucho más complicados en su instalación y mucho más caros. (LS solo cuenta con variadores de 6 pulsos)

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: EFECTO ONDA REFLEJADA Instalación de variador a 2 metros del motor Instalación de variador a 30 metros del motor

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: EFECTO ONDA REFLEJADA

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: SOLUCIÓN DE LA ONDA REFLEJADA Acortar las distancias de cable a menos de 25 pies. Si no es posible acortar el cableado en la instalación de un variador del tipo PWM, puede solucionarse el problema de una de las tres maneras siguientes: Puede instalarse un filtro de paso bajo “adicional” externo entre los terminales de salida del inversor PWM y los cables que van al motor, como medio de aumentar el tiempo de subida de los pulsos. Instalar un filtro adaptado a la impedancia R-C en los terminales del motor para minimizar las sobretensiones o las oscilaciones transitorias. En algunas aplicaciones, como en bombas sumergibles o en máquinas de taladrar, no es posible acceder a los terminales del motor y se necesitan otros métodos para minimizar las sobretensiones. Uno de ellos es instalar reactancias en serie entre los terminales de salida del inversor PWM y el cable que va al motor. Aunque ésta es una solución bastante sencilla, las reactancias pueden ser bastante grandes, voluminosas y caras para aplicaciones con motores de gran potencia

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: SOLUCIÓN DE LA ONDA REFLEJADA La siguiente tabla es una tabla simplificada de distancias en pies de acuerdo a las diferentes tecnologias de semiconductores utilizados en drives (actualidad solo IGBTs).

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: CORRIENTE EN RODAMIENTOS Cuando las tensiones en el eje del motor son superiores a la capacidad de aislamiento de la grasa de los rodamientos, se producirán descargas eléctricas disruptivas hacia el exterior de los mismos que pueden originar picaduras y ranuras en las pistas de los rodamientos. Los primeros síntomas de este problema será el ruido excesivo y el sobrecalentamiento.

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: CORRIENTE EN RODAMIENTOS A medida que los rodamientos comiencen a perder su forma original y que las partículas metálicas se mezclen con la grasa aumentando el rozamiento en los rodamientos. Esto puede provocar su destrucción al cabo de unos pocos meses de funcionamiento del variador de velocidad y, por tanto, tener un alto coste en reparación y tiempo.

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: DISTORSIÓN ARMÓNICA Generada por todas aquellas cargas no lineales (equipos electrónicos como variadores, balastros electrónicos, computadoras, etc.) Genera contaminación en la red y puede dañar equipos sensibles como PLC, drives, computadoras, etc.) Aumentan las perdidas en cable por efecto Joule (I^2*R) Puede dañar bancos de capacitores sin darse cuenta en sistemas de monitoreo manual de factor de potencia Puede llegar a desconfigurar equipos de instrumentación, electrónicos, PLC, por errores en ciclos de paso por cero. Los drives general su mayor distorsión en la 5ta y 7ma armónica

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: DISTORSIÓN ARMÓNICA

Los armónicos generados dentro de la planta son reinyectados a la red y esto puedo generar problemas a los vecinos. Actualmente para el caso de El Salvador es penado por la ley sobrepasar lo limites de: 20% de THD en corriente 5% en THD en voltaje La pena después de un periodo de gracia de 90 días para solucionar el problema sin haber tomado acción es: el 30% del promedio de las últimas 3 facturas de energía, para una planta promedio de consumo $50k hablamos de una penalidad de $15k de multa. Debido a las corrientes armónicas en muchas casas se dañan computadoras, TVs y equipos de sonido, etc.

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: SOLUCIONES Utilizar motores para uso con variadores (inverter duty) Acortar distancias menos de 25 pies para instalación con variadores (6 pulsos) Utilizar filtros pasa bajos para generar una onda casi sinusoidal (power conditioner) Utilizar reactores de línea que ayuden a reducir el efecto de onda reflejada Utilizar variadores de mayor cantidad de pulsos (no en LS) Utilizar filtros a la entrada para corrientes armónicas ya sea activos o pasivos

PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: SOLUCIONES

Filtro de salida para variadores de frecuencia de alto rendimiento Transcoil TCI Modelo KMG Costo aproximado para: Variador 460VAC 3PH 60Hz Corriente máxima de 110A Potencia aprox. 40HP Hasta 4500 metros Costo $ aprox PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: SOLUCIONES

Filtro de salida para variadores de frecuencia reactor + choke Transcoil TCI Modelo V1k Costo aproximado para: Variador 460VAC 3PH 60Hz Corriente máxima de 110A Potencia aprox. 40HP Hasta 330 metros Costo $ aprox PROBLEMÁTICAS DE DRIVES: SOLUCIONES

CONSIDERACIONES EN INSTALACIONES Anotar todos los datos de placa del motor Tomar foto a placa de motor si es necesario Conocer la aplicación en la que es o será utilizado Contar con la hoja técnica (mejor de los casos) Conocer especificaciones más técnicas de la maquinaria por ejemplo torque aplicado al eje o velocidad de trabajo nominal de la maquina. Distancia de cable entre variador y motor Edad del motor Tipo de control: Remoto, local, comunicación, etc.

¿Dudas o consultas? GRACIAS POR SU ATENCIÓN PRESTADA