13 junio 2012

Aprendiendo a diseñar aplicaciones con variadores de frecuencia variable (2ª PARTE)


Especificaciones clave del VFD

Si bien hay muchas especificaciones asociadas con los variadores, las siguientes son las más importantes.

  • Corriente de funcionamiento en continuo. Es la máxima corriente rms que el variador puede manejar con seguridad bajo las condiciones de operación en una temperatura ambiente fija (usualmente 40 ºC). Las corrientes de onda deben ser igual o menos que esta corriente.
  • Relación de corriente de sobrecarga. Es la relación tiempo/corriente inversa que es la máxima corriente que el VFD puede producir en un tiempo dado. Las relaciones típicas son una sobrecorriente de 110 a 150 % de sobrecorriente para un minuto, aunque depende del fabricante. Pueden obtenerse relaciones de sobrecorriente más altas sobredimensionando el VFD. Esta relación es muy importante cuando dimensionamos el VFD para las corrientes necesarias en el motor para el par break-away.
  •  Voltaje de línea: Como con cualquier controlador de motor, el voltaje de operación debe ser especificado. VFDs están diseñados para operar a un voltaje nominal tal como 240 VAC o 480 VAC, con una variación de voltaje permitida de más o menos el 10 %. La mayoría de los arrancadores operarán más allá de esta variación del 10 %. Una lectura de voltaje registrada de las desviaciones de potencia de línea son altamente recomendadas para cada aplicación.

Algunas cuestiones a evaluar en la aplicación

Al diseñar aplicaciones con VFD deberemos tener en cuenta un buen número de consideraciones. Las más comunes son las siguientes:
  • ¿Operará el VFD más de un motor? Las corrientes pico totales de todas las cargas de motores bajo las peores condiciones de operación deben ser calculadas. El VFD debe ser dimensionado basándonos en estos máximos requerimientos de corriente. Adicionalmente, protecciones de motores individuales deben ser proporcionadas para cada motor.
  • ¿La carga estará girando o deslizándose cuando arranca el variador? Este caso es común con las aplicaciones de ventiladores. Cuando arranca un VFD, comienza primero a operar a baja frecuencia y voltaje y gradualmente ascendiendo hasta una velocidad preseleccionada. Si la carga ya está en movimiento, estará fuera de sincronización con el VFD. El VFD intentará llevar al motor a la frecuencia inferior, lo cual puede requerir altos niveles de corriente, causando usualmente un disparo por sobrecorriente. Debido a esto, los fabricantes de variadores ofrecen variadores con una opción de sincronización con una carga girando; Estos VFD comienzan a girar a una frecuencia diferente.
  • ¿La fuente de potencia será conmutada mientras el VFD está funcionando? Esto ocurre en muchos edificios, tales como hospitales, donde las cargas conmutan a generadores en caso de un corte de fluido eléctrico. Algunos variadores trabajan bien con estas conmutaciones mientras que otros no.
  • ¿Es la carga difícil de arrancar? Al arrancar algunos motores veremos cómo parpadean las luces del edificio al darle al botón de arranque. Recordemos, el VFD tiene limitada la cantidad de sobrecorriente que puede producir para un periodo de tiempo. Estas aplicaciones pueden requerir sobredimensionar el VFD para demandas de corriente más altas.
  • ¿El tiempo de arranque o parada es crítico? Algunas aplicaciones pueden requerir arranques rápidos o paradas de emergencia de la carga. En cualquier caso, pueden requerirse altas corrientes en el variador. De nuevo, el VFD puede tener que ser sobredimensionado.
  • ¿Se requiere una desconexión externa entre el motor y el variador? Las desconexiones en las cargas del motor son muy a menudo usadas para propósitos de mantenimiento. Normalmente, quitando una carga del VFD mientras opera no supone un problema al VFD. Sin embargo, introducir una carga al VFD cerrando la desconexión del motor mientras el VFD está operacional puede ser fatal para el VFD. Cuando un motor arranque al máximo voltaje, como puede ocurrir en este caso, se generan altas corrientes, usualmente alrededor de seis veces la carga máxima en amperios de la corriente del motor. El VFD vería estas altas corrientes más allá de sus capacidades y entraría en estado de protección o fallaría completamente. Una solución simple para esta condición es enclavar el circuito que permite el funcionamiento del variador con la desconexión de servicio vía un contacto auxiliar en la desconexión de servicio. Cuando la desconexión se cierra, una señal de funcionamiento permite arrancar el variador a voltaje y frecuencia bajos.
  • ¿Los condensadores de corrección del factor de potencia conmutan o son necesarios en las cargas del motor previstas? La conmutación de los condensadores de factor de potencia usualmente genera perturbaciones de potencia en el sistema de distribución. Muchos VFDs pueden y serán afectados por esto. Pueden requerirse transformadores de aislamiento o reactores de línea para estas aplicaciones.  La corrección del factor de potencia en cargas de motores alimentadas con variadores no es necesaria ya que el VFD en sí mismo hace esto usando corriente continua internamente y luego invirtiéndola en la salida AC al motor. Todos los fabricantes de VFD avisan contra la instalación de condensadores en la salida del VFD.
La correcta instalación del variador de frecuencia variable demanda atención a factores vitales tales como localización y condiciones ambientales, puesta a tierra de las conexiones eléctricas, voltaje de alimentación y dispositivos de protección.
Alrededor del 50 % de los fallos del variador son el resultado de instalación y arranque inapropiados. Como tal, podemos evitar muchos problemas por una planificación cuidadosa de la instalación del VFD antes de comenzar el trabajo actual. Hay varios factores clave que deben ser considerados para asegurar una instalación de VFD apropiada.

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