SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE VARIADORES

Presentación del tema: "SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE VARIADORES"— Transcripción de la presentación:

1 SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE VARIADORES
Ing. Guillermo Campos Automation Manager

2 Introducción Los variadores de frecuencia son dispositivos electrónicos para manipular la frecuencia y niveles de voltaje de su Salida, esto permite controlar la velocidad y el torque en el motor.

3 Estructura interna de un Variador

4 Ventajas Regulación suave:
- Aumento de la vida útil de todas las partes involucradas - Ahorro en el mantenimiento Control de velocidad continuo y preciso. - Variación de la velocidad en forma continua, - Precisión de hasta 0,01% de la velocidad máxima, - Resolución de hasta 0,01Hz (0,3 rpm) El torque del motor puede ser mantenido, aún a bajas velocidades. Permite limitar el torque máximo. Se pueden variar desde 0.5 RPM, hasta velocidades mayores de la nominal del motor. Importante ahorro de energía. Menores tiempo de parada y gastos de operación.

5 Ventajas Protecciones: - Sobre/Subtensión, Sobrecarga, Puesta a tierra
Sobretemperatura del convertidor, Protección térmica del motor (ETH), Falta de fase de salida, Entradas y salidas digitales programables. - Señales de comando en baja tensión. - Pueden programarse libremente. Controlador PID integrado. - Variación de la velocidad en función de la diferencia entre el valor actual y el valor seteado. - Permite mantener constante: caudal, presión de aceite, temperatura, velocidad, etc.

6 Recomendaciones de instalación
Breaker Contactor Fusibles según manual ¿El variador sobrepasa los 30HP?, si, entonces colocar filtro AC a la entrada. ¿Qué distancia hay entre variador y motor? Si es grande colocar filtro ud/ut a la salida.

7 Recomendaciones de instalación
Instale el variador en un ambiente adecuado: Respete las temperaturas admisibles (-10 a 50 °C) Que el lugar se encuentre protegido de vibraciones Que el lugar sobre el cual está de instalado sea liso y no inflamable. Que el medio ambiente corresponda con el grado de protección del variador. Cuando se instale en un gabinete, dimensione el mismo de acuerdo a la cantidad y potencia de los equipos instalados. Dimensione las protecciones, cables y demás elementos según las indicaciones del fabricante.

8 Recomendaciones de instalación

9 Dimensionamiento de variadores
Tipo de carga: Torque constante, Torque variable.

10 Tipos de carga: Torque variable
El torque variable son aquellas aplicaciones donde El torque es proporcional usualmente el cuadrado y la potencia es proporcional al cubo de la velocidad. Requiere mucho menos torque a altas velocidades Aplicaciones: Bombas centrifugas, ventiladores, centrífugos, compresores (no todos), generación energía eólica, HVAC (Heating Ventilation and Air Conditioning), etc.

11 Tipos de carga: Torque variable

12 Tipos de carga: Torque constante
Son aquellas aplicaciones donde el torque (fuerza) que necesita el motor es la misma durante todo el rango de la frecuencia que se utiliza (hasta frecuencia nominal) es el mismo. Por lo general estas aplicaciones necesitan torque al inicio de 150% o más dependiendo de la aplicación y pueden darse torques transitorios en algún momento. Aplicaciones: bandas transportadoras (conveyors), gruas, ascensores, sistemas con cajas reductoras, etc.

13 Tipos de carga: Torque constante

14 Dimensionamiento de variadores
Tipo y características de motor: Voltaje, corriente y potencia nominal, factor de servicio, inverter duty, relación torque constante, RPM, etc.

15 Placa de identificación
Potencia nominal en Hp o Kw Frecuencia Hz Velocidad rpm Temperatura ºC Corriente nominal Tensión nominal Factor de potencia cos  Tipo de servicio S1 Aislación Clase f

16 Dimensionamiento de variadores
Rangos de funcionamiento: Velocidades máximas y mínimas. Verificar necesidad de ventilación forzada del motor.

17 Comportamiento Tensión-frecuencia-torque

18 Dimensionamiento de variadores
Tipo de control: control escalar, vectorial sensorless o vectorial de lazo cerrado.

19 Modos de control

20 Modo de control: Voltaje / Frecuencia
Este es el método más común utilizado en aplicaciones de torque constante.

21 Modo de control: Voltaje / Frecuencia
El torque es constante hasta la frecuencia nominal. No se realizan cálculos del modelo del motor. En la zona de debilitamiento de campo, el torque decrece a 1/n mientras que la potencia es constante. Por medio de la Vmin (torque boost), en bajas frecuencias, se incrementa la tensión de motor compensando las perdidas resistivas del estator incrementando el torque de salida.

22 Modo de control: Cuadrático
Ideal para aplicaciones de bombas y ventiladores. Importantes ahorros por medio de ahorros energéticos por la curva de arranque.

23 Modo de control: Vectorial Sensorless
Torque máximo constante hasta velocidad nominal (180%Tn). Torque máximo a partir de 0,5Hz. Ajuste previo de los parámetros del motor (Auto tunning). Reducción de la carga térmica del motor en bajas vueltas. Ideal para aplicaciones con grandes torques de arranque.

24 Modo de control: Vectorial retroalimentado
Mejoran aún más las características de el control vectorial (control de velocidad y par) La realimentación le permite al variador optimizar el modelo matemático del motor. La desventaja es que se necesita un motor con encoder, en general una placa de encoder y una instalción inmune al ruido elèctrico. Ejemplos: Bobinadores y debobinadores

25 Dimensionamiento de variadores
Consideraciones de Frenado : Cargas de gran inercia, ciclos rápidos y movimientos verticales requieren de resistencia de frenado exterior. Aplicación mono o multimotor: Prever protección térmica individual para cada motor. Consideraciones de la red: Microinterrupciones, fluctuaciones de tensión, armónicas, factor de potencia, corriente de línea disponible, transformadores de aislación.

26 Dimensionamiento de variadores
Consideraciones de Frenado : Cargas de gran inercia, ciclos rápidos y movimientos verticales requieren de resistencia de frenado exterior.

27 Modos de frenado Tipos más comunes Giro libre
Frenado con rampa de desaceleración. Frenado por inyección de C.C. Frenado regenerativo Giro Libre En muchas aplicaciones no se requiere ningún tipo de frenado, por lo cual es recomendable utilizar el giro libre. En esta forma, cuando se presiona el botón ó se da la orden de, STOP, el variador corta la alimentación al motor y la máquina se detiene libremente, según las cargas y la inercia de la misma.

28 Modos de frenado Rampa de desaceleración: Al igual que la rampa de aceleración, tiene que tener en cuenta la inercia de la carga. Si la carga tiene elevada inercia y se le programa una rampa de tiempo muy baja, el variador pasará a modo generador, teniendo que regenerar energía. Si las resistencias no fueron correctamente dimensionadas, el equipo saldrá de servicio por sobre elevación de la tensión en el Bus de C.C. La solución inmediata es prolongar el tiempo de desaceleración. Inyección de C.C. En este caso, al motor se le inyecta una corriente continua a través de dos fases generando un campo magnético constante. El rotor entonces es frenado por la fuerza contra electromotriz producida cuando el rotor corta líneas de campo. Este método no requiere de componentes externos.

29 Modos de frenado Frenado regenerativo: Hay determinadas aplicaciones que requieren de este tipo de frenado, por ejemplo el caso de el sistema de elevación de carga de un puente grúa. Cuando la carga sube, no hay problema. Una vez que la carga está en su posición superior, se acciona una freno de seguridad que permite retener la carga. El problema ocurre al bajar la carga, cuando el motor tiende a girar más rápido que la consigna del variador. Si no se dispone de resistencias de frenado bien dimensionadas el variador podría salir de servicio por sobretensión, liberando la carga

30 Dimensionamiento de variadores
Aplicación mono o multimotor: Prever protección térmica individual para cada motor.

31 Multi motores

32 Multi motores

33 Dimensionamiento de variadores
Consideraciones de la red: Microinterrupciones, fluctuaciones de tensión, armónicas, factor de potencia, corriente de línea disponible, transformadores de aislación.

34 Familia de variadores LS

35 iC5 Método de Control Configurable: Escalar Vectorial
Capacidad de sobrecarga: 150% por 60 segundos Interfaz de usuario: Panel frontal con controles de arranque/parada Potenciómetro analógico incorporado. Comunicación RS 485. Entradas / Salidas: 5 entradas digitales (NPN ó PNP). 2 entradas analógicas (0 a 10VDC, 4 a 20mA). 2 salidas digitales ( 1 relé, 1 colector abierto). 1 salida analógica multifunción 0-10VDC. 1 Salida de alimentación de 24VDC. iC5 Monofásico 0,4~2,2kW(0,5~3HP), 200~230V

36 ¿Cuándo utilizar un iC5? Cuando no se tiene alimentación trifásica.
Puede trabajar con ambos tipos de cargas(variable/constante) Control sencillo de bombas (PI)

37 Modelo compacto: C100 Hasta 3HP 230VAC Monofásico
Hasta 10HP 230/460VAC Trifásico Cubre necesidades estándares Aplicaciones torque constante Control PID 5 entradas digitales programables Monitor análogo de salida

38 ¿Cuándo utilizar un C100? Aplicaciones ligeras.
Poco espacio, sustitución de otra marca en tableros existentes. Puede trabajar con ambos tipos de cargas(variable/constante) Control sencillo de bombas (PID)

39 Modelos estandar: S100 Hasta 30HP 230VAC Hasta 100HP 460VAC
Aplicaciones torque constante Control PID 8 entradas digitales programables Comunicación RS485 por defecto Métodos de control: V/f control, Vectorial Sensorless Frecuencia de salida: 0 ~400Hz (Sensorless: 0~120Hz) Pantalla LCD (en modelos de 40HP a 100HP) Reactor DC incluido de 40HP a 100HP Carcasa: IP20 (UL type1 como opción) Frecuencia de portadora: 1 - 5kHz Certificaciones globales: CE, UL, cUL, RoHS

40 Torque characteristics
Torque Mejorado S100 Tiene características impresionantes de torque con un torque actual que provee un poderoso torque de arranque de 200% a 0.5Hz (sensorless) y limites de torques muy precisos. La función Auto-tuning (rotatorio y fijo) ahorra tiempo de start-up y asegura un alto rendimiento con operación a máxima eficiencia. Torque characteristics

41 Multi Pantalla Una LCD opcional* de una unidad maestra habilita el acceso de cada uno de los esclavos conectados vía RS485, así el usuario puede ajustar y monitorear parámetros fácilmente. ••• Slave 1 Master Slave 2 LCD Keypad RS485 communication

42 Maestro - Esclavo La comunicación P2P (Peer to peer) entre los variadores S100 permite compartir I/O vía RS485, puede ser útil en caso de tener limitadas I/O para cierto tipo de sistemas. Inbuilt RS485 communication Master Slave

43 Función de PLC Secuencia de usuario integrada (Simple PLC)
1. Simples secuencias pueden ser hechas con la combinación de funcioes como PID, Operaciones aritmeticas, operaciones de bit, etc. 2. Máx. 18 pasos con 29 bloques de función Tiempo de lazo : Entre 10msec ~ 1sec Grupos de parametros US Group : User Sequence setting UF Group : Function Block function and input/output definition

44 ¿Cuándo utilizar un S100? Aplicaciones Pesadas.
En sistemas interconectados por comunicación. Puede trabajar con ambos tipos de cargas(variable/constante) Aplicaciones donde se utilicen secuencias para ahorrarse el PLC

45 Modelos HVAC: H100 Hasta 25HP 230VAC (125HP futuro)
Aplicaciones torque variable (ventilación y bombeo) Control PID 8 entradas digitales programables Comunicación RS485 por defecto Métodos de control: V/f control, Slip compensación Frecuencia de salida: 0 ~400Hz Pantalla LCD (especial para HVAC) Carcasa: IP20 (UL type1 como opción) Frecuencia de portadora: 3kHz Certificaciones globales: CE, UL, cUL, RoHS

46 Pantalla Pantalla modificada para aplicaciones HVAC
Variador con funciones estándar HVAC - Tecla Hand: operación por teclado - Tecla Hand + up/down: Cambia la velocidad - Teclado Off: Funciona como un stop - Tecla auto: Operación de acuerdo a los seteos H HAND AUTO OFF Initial Power Push HAND ① Push AUTO ② Push AUTO ④ Push HAND ⑥ Push OFF ③ Push OFF ⑤

47 Comparación de funciones
Function LSIS (H100) (iP5A) ABB (ACQ810) Delta (CP2000) Danfoss (FC200) Vacon (100) RTC ○ - Underload(No Flow, Dry Pump) Pipe Broken Flow Compensation Payback Counter Fire Mode Soft Pipe-Fill Master Follower Pump Clean Function MMC Check Valve Ramp Sleep Boost/Wakeup USB Connectivity Level Detection(Outlet Protection) Damper/Lubrication HAND/OFF/AUTO Regular Bypass

48 Función PID Un controlador PID (Proporcional Integral Derivativo) es un sistema de control por retroalimentación que, mediante un actuador, es capaz de mantener una variable o proceso en un punto deseado dentro del rango de medición del sensor que la mide. En otras palabras, El control PID busca eliminar la diferencia entre el valor de referencia y el valor medido.

49 Función sleep y wake-up
Utilizada para ahorro de energía cuando el sistema esta en reposo y evita la necesidad de un presostato. Cuando la consigna es una vez alcanzada, la velocidad de la bomba baja. Programe una frecuencia a velocidad baja de la bomba y un tiempo de retardo para que el variador entre en modo stand-by. El variador inicia su control si la consigna cae un porcentaje determinado por el usuario.

50 Función multi-motor En los sistemas de presión constante, es común contar con bombas de refuerzo o bombas booster. Estas son utilizadas para elevar la cantidad de flujo en una tubería y de esa manera compensar la caída de presión en la misma. No todos los variadores tienen esta función, generalmente solo la tienen variadores dedicados para bombeo. El variador siempre controla un solo motor Los motores booster son controlador por señales digitales y arrancador de acuerdo a su capacidad como el cliente defina.

51 Función master/follower
Drive líder: Es el variador con la mayor prioridad en un sistema múltiple en el cual se ejecutará un PID. Drive servidor: actuará conjunto con el líder para activar motores auxiliares dependiendo de su prioridad.

52 Función tubería rota Cuando la salida del PID esta en su máxima salida y no logra alcanzar el valor seteado en porcentaje en PRT-61 después de ocurrido el tiempo parametrizado en PRT-62. Se detiene y detecta problemas en la tubería (asume).

53 Función RTC Para operaciones repetitivas en la semana con horario predeterminado. Sunday Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday 00:00 08:00 04:00 12:00 02:00 06:00 10:00 14:00 22:00 18:00 16:00 20:00 24:00 Pre-Heat Fx Speed-L Speed-H Time Event

54 Modelos Alto desempeño: IS7
Hasta 150HP 230VAC Hasta 500HP 460VAC Aplicaciones torque constante y bombeo/ventalación Control PID + Dual PID Unidad de freno dinamico integrada 8 entradas digitales programables Comunicación RS485 por defecto

55 Modelos Alto desempeño: IS7
Ahorrador de energía, especialmente en aplicaciones de torque variable Función para manejar hasta 4 motores auxiliares arrancador por contactor Tarjeta opción ENCODER Tarjeta opción PLC para programar cosas sencillas Funciones completas para un segundo motor Opción IP54

56 Funciones adicionales PID
Pre-PID: Activa la salida hasta una frecuencia programada y espera alcanzar un valor de FBK, si no lo alcanza en un tiempo predeterminado entonces reconoce como tubería rota (Pipe broken). Dual-PID: Puede parametrizar 2 PID en cascada o utilizando un PID dentro del drive para obtenerlo en su salida analogica

57 MMC: Multiple Motor Control (4 auxiliares)

58 Operación de 2nd Motor Trabaja uno a la vez y es controlador por contactores

59 Sistemas de presión constante
El sistemas trabaja con una bomba sumergible en uno de los pozos de la embotelladora, por medio del sistema se tiene un ahorro de energía y mejora el flujo de producción de la empresa.

60 Proyectos desarrollados
Maquina Textil: Capacidad 10hp, Modelo iG5A Se modifico la maquina trenzadora de algodón para optimizar su trabajo sustituyendo el freno mecánico por un frenado de inyección de CC en paros de emergencia y rampa de desaceleración en paros programados. Se logro disminuir costos en mantenimientos.

61 Proyectos desarrollados
Panificadoras: Capacidades 10 y 15 hp, Modelos iG5A – iS5 Se han modificado las batidoras de la empresa para ahorro de energía y mejor control de producción ya que tienen un refuerzo de torque automático y pueden variar la velocidad de ellas para distintas recetas.

62 Proyectos desarrollados
Grúa: Capacidad 30hp, Modelo iS7 Se sustituyo un variador dañado de la grúa para el movimiento vertical, esta grúa se esta utilizando para la construcción de un puente en el norte del país.

63 Proyectos desarrollados
Maquina de prensado: Capacidad 15hp, Modelo iS5 La maquina compacta la mezcla en los moldes para realizar los bloques, se debe de mantener la potencia constante para que quede uniforme el bloque.

64 Proyectos desarrollados
Arrastradora de caña: Capacidad 100hp, Modelo iS5 Se transporta la caña desde los camiones hacia los molinos por cadenas de arrastre que son movidas por un motor de 100hp.

65 Proyectos desarrollados
Bombas y ventiladores: Capacidad 100hp, Modelo iP5A Estos están ubicados en la construcción de una presa hidroeléctrica donde el ambiente de trabajo es severo, por lo cual la vida útil de los equipos electrónicos se acorta, entre las ventajas de la marca LS están que sus funciones propias para estas aplicaciones y su diseño modular que facilita su reparación. En el proyecto están instalados alrededor de 18 unidades.

66 Proyectos desarrollados
Bomba Centrifuga: Capacidad 100hp, Modelo H100 Esta controlando una bomba de sumergible en sistema de presión constante para sistema de riego.

67 Proyectos desarrollados
Bomba Centrifuga: Capacidad 15hp, Modelo iG5A Este variador realiza un control de presión constante utilizado para sistema de purificación de osmosis inversa.

68 Proyectos desarrollados
Rodillos: Capacidad 3hp, Modelo iG5A Se han sustituido los reguladores de velocidad mecánicos originales de las maquinas por variadores de frecuencia disminuyendo costos de mantenimiento y tener un control de velocidad mas preciso.

69 Proyectos desarrollados
Molino: Capacidad 60hp, Modelos iS5 - iS7 Se limita el consumo de corriente en el arranque de los motores de gran capacidad y se obtiene una regulación de la velocidad del motor dependiendo de la necesidad.

70 Proyectos desarrollados
Lavadora de cuero: Capacidad 50hp, Modelos iS7 Las lavadoras tienen un ciclo de el cual consiste en girar un tiempo hacia delante y luego cambiar el sentido de giro, el ciclo dura 45 min.

71 Proyectos desarrollados
Grúa: Capacidad 100hp, Modelo iP5A Se daño el variador que controla el movimiento horizontal de la grúa del barco y se tuvo que realizar el cambio de emergencia, no hubo problema al utilizar el modelo iP5A dimensionado para trabajar como carga constante en esta aplicación.

72 Proyectos desarrollados
Control de Bombas: Capacidad 20hp, Modelos H100 Control PID con función de Multi Master para alternancia de bombas

73 Proyectos desarrollados
Extrusoras: capacidad 100hp, Modelo iP5A Entre sus ventajas esta la eliminación de los picos de corriente en el arranque por medio de la rampa de aceleración, como también la regulación de velocidad del motor.

74 Muchas Gracias! ¿Preguntas?

75 Preguntas hacía el público para promocionales

76 ¿Menciones al menos 3 modelos de variadores LS?

77 ¿Cuál es la diferencia entre carga de torque constante y torque variable?

78 ¿Mencione 4 elementos a tomar en cuenta para dimensionar un variador de frecuencia?