13 junio 2012

Aprendiendo a diseñar aplicaciones con variadores de frecuencia variable (3ª PARTE)



Consideraciones de calidad de la energía y refrigeración

Hay muchas consideraciones importantes para todos los equipos electrónicos industriales, los dos más importantes son la calidad de la energía de línea y refrigeración.
Las unidades de control VFD se instalarán en localizaciones donde la temperatura ambiental máxima no exceda de 40 ºC. Esta temperatura es común para la mayoría de las unidades.
Evitaremos instalar unidades en mezzanines, luz solar directa, o fuentes de calor externas ya que en estas localizaciones usualmente tienen elevaciones de temperatura impredecibles. Si debemos instalar VFDs en tales áreas, daremos los pasos para proporcionar la refrigeración necesaria.

La refrigeración apropiada del heat sink del VFD es esencial para una operación exitosa. Las unidades montadas en la pared emplean un efecto chimenea para refrigerar el heat sink y deben ser montadas en una superficie vertical plana y uniforme. Los VFDs más grandes requieren suficiente espacio a través de ellos para que circule suficiente caudal de aire a través de ellos, asegurando adecuada refrigeración.
La altitud también afecta la capacidad de disipación de calor del heat sink y las unidades en localizaciones por encima de 1000 m por encima del nivel del mar deben ser desclasificadas. Una norma común es considerar una desclasificación del 2 % por cada 300 m de altitud.
Calidad de la energía en la línea de alimentación. El voltaje de línea a la entrada del variador no variará más o menos un 10 % debido a que la mayoría de los variadores dispararán un fallo de protección. Esta estabilidad de voltaje debe considerarse en el recorrido de los conductores al variador calculando las caídas de voltaje en largos recorridos.
Muy a menudo se usan señales de control externas para comenzar/parar y controlar la velocidad de un VFD. Los tipos de señales de control pueden variar dependiendo de la aplicación. Las señales de control deben tener un recorrido independiente del cableado de potencia. Los ruidos inducidos pueden producir un comportamiento del variador errático que es muy difícil de localizar.

Otras consideraciones de instalación del VFD

Hay otras consideraciones de instalación para VFDs. Estas inclu
Yen conexiones eléctricas, puesta a tierra, protección contra el fallo, protección de motores y parámetros ambientales tales como la humedad.
Consideraciones eléctricas. El dimensionado e instalación de la línea VFD y los conductores de carga deben ser conformes a los códigos de aplicación.
Puesta a tierra. Para una operación segura todos los VFDs deben estar puestos a tierra convenientemente. La puesta a tierra del motor directa al VFD es requerida para minimizar la interferencia y para que la función de protección de fallo a tierra del variador opere apropiadamente.
Protección contra el fallo. Muchos VFDs tienen protección de cortocircuito (usualmente en forma de fusibles) ya instalados por el fabricante. Éste es usualmente el caso de unidades de potencia grandes. Las unidades pequeñas (1/3 a 5 CV) normalmente requieren protección de fusible externa. En cualquier caso, la selección y dimensionado de estos fusibles es crítica para la protección de semiconductores en caso de fallo.
Protección de motores. Todos los motores requieren protección contra sobrecarga. La práctica más común es el uso de un sistema de relé de sobrecorriente que protegerá todas las fases y protegerá contra fase simple. Este tipo de protección responderá contra las condiciones de sobrecorriente del motor en un motor sobrecargado, pero no detectará las condiciones de sobre-temperatura.
Un motor operando a velocidades reducidas verá disminuida su refrigeración, como resultado puede fallar debido a la descomposición térmica de los devanados del motor. De esta forma, la protección óptima para un motor es detección térmico del devanado del motor. Esta detección luego se enclava con el circuito de control del VFD. Esto es altamente recomendable para cualquier motor que opera en periodos extendidos de tiempo de baja velocidad.
Humedad. Como es el caso con todos los equipos eléctricos y electrónicos, la alta humedad y la atmósfera corrosiva es una preocupación. Las unidades de variadores se instalarán en una localización no corrosiva siempre que sea posible, con un ambiente de no condensación que va de 0 a 95 %.

Completando la instalación

La instalación de un VFD no es tan diferente que en otros tipos de control de motores.
Un procedimiento de arranque debe ser seguido por un arranque correcto y seguida del VFD.
Un procedimiento de arranque cuidadosamente organizado asegura mejor la operación del equipo y la fiabilidad del sistema a la vez que se simplifica la solución de futuros problemas.
Los procedimientos de arranque de los VFDs son de importancia fundamental para el uso último y la operación efectiva de la instalación de VFD. En realidad, la instalación exitosa de casi cualquier equipo eléctrico o sistema se beneficia de un proceso bien planificado similar al procedimiento aquí presentado.
Adicionalmente a un arranque rápido y uniforme, otros beneficios mayores de un procedimiento de arranque bien organizado son los siguientes.
  • Mejor comprensión de todos los componentes y funciones del sistema.
  • Documentación de datos para propósitos de garantías.
  • Acumulación de información y valores para acelerar la solución de problemas de mantenimiento.

Por supuesto, durante las etapas de diseño iniciales y antes del arranque, debemos desarrollar una buena comprensión de la aplicación y sus variaciones para asegurar el mejor rendimiento posible de la carga. En ese momento, tendremos un buen conocimiento de las características del VFD y ajustes para la aplicación.

Antes del arranque

En primer lugar, debemos tener cuidado de las recomendaciones del fabricante del VFD.
Seguidamente, leeremos el manual del VFD y resaltaremos las características y ajustes que esperamos se use.
Además del VFD en sí mismo, tendremos que hacer una inspección visual del sistema completo, incluyendo motores, conmutadores de desconexión, interruptores de circuito, controles, componentes de carga, dispositivos de control (interruptores de presión, flotación, límite), etc.
Finalmente, haremos un control minucioso de los siguientes ítems.
  • Conexiones (línea, carga, y tierra).
  • Motor (potencia, corriente a plena carga, voltaje y rotación).
  • VFD (voltajes de entrada/salida, corriente de salida máxima).
  • Dispositivos de protección (interruptores de circuito, fusibles, sobrecargas, dispositivos térmicos).
  • Desconexiones (están en su lugar y dimensionadas correctamente).
  • Mediciones del voltaje de potencia de línea entrante al VFD (fase A-B, fase B-D, fase C-A).

Palabras clave:

Pulse width modulation (PWM), current source inverter (CSI), and voltage source inverter (VSI), IGBT PWM (pulse width modulated using insulated gate bipolar transistors), Silicon Controlled Rectifiers (SCRs), Permanent Split Capacitor (PSC) motors, total harmonic distortion (THD), Flux vector PWM drives, flux vector drive, full-load amps (FLA). 
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