04 junio 2012

Tutorial sobre variadores de frecuencia variable (2ª PARTE)


Ver 1ª PARTE

CLASIFICACIONES DE LOS VARIADORES

Variadores AC

Los VFDs electrónicos son dispositivos de control de velocidad que varían el voltaje y la frecuencia en un motor de inducción usando una técnica llamada Modulación por Anchura de Pulso (PWM). VFDs ha llegado a ser la forma más conveniente para operar en velocidad variable ya que son relativamente baratos y muy fiables.

VFDs usan dispositivos semiconductores llamados transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). Usando PWM, la velocidad del motor y las características del par pueden ajustarse para acoplarse a los requerimientos de la carga. Convierten el voltaje de alimentación AC de frecuencia fija a una frecuencia variable, suministran AC de voltaje variable al motor y pueden regular la velocidad de un motor de inducción desde alrededor del 10 % a 200 % con amplios rangos posibles dependiendo del modelo y las opciones seleccionadas.

La exactitud de la velocidad viene afectada por el deslizamiento del motor, dando como resultado una operación más lenta que la velocidad síncrona para una frecuencia dada. La exactitud puede incrementarse usando retroalimentación de tacómetro. Un control de velocidad y posición extremadamente precisa puede alcanzarse usando un VFD con control de vector.

El VFD puede proporcionar muchas soluciones dependiendo de la aplicación requerida. Por ejemplo, un VFD puede proporcionar lo siguiente:

  1. Ahorro energético en aplicaciones de ventiladores y bombas.
  2. Mejor control y regulación del proceso.
  3. Aceleración o disminución de la velocidad de una máquina o proceso.
  4. Corrección del factor de potencia inherente.
  5. Capacidad de bypass en caso de una emergencia.
  6. Protección por corrientes de sobrecarga.
  7. Aceleración segura.

Otros variadores AC

Control de motor de rotor bobinado

Los motores de rotor bobinado son un tipo especial de motor de inducción con devanado de cobre en el rotor en vez de los típicos rotores de jaula de ardilla de aluminio.

Las conexiones a estos devanados están disponibles a través de un montaje de anillos rozantes en el eje.

Si los devanados están conectados en cortocircuito, el motor opera como un motor de jaula de ardilla de velocidad fija, pero si se añade la resistencia al circuito el slip del motor se incrementa de modo que permite ajustar la velocidad del motor.

La energía extraída del circuito del rotor durante el procedimiento de arranque se derrocha en las resistencias como calor.

Como alternativa, puede usarse un circuito electrónico en vez de una resistencia, para reducir la energía derrochada. Este circuito recupera la energía y la utiliza en el sistema de suministro AC, incrementando la eficiencia total de la operación del motor.

Motores multi-velocidad

Los motores multi-velocidad son motores de inducción con estator bobinado que permite que el número de polos magnéticos cambien reconectando el devanado del motor.

Los motores multi-velocidad de devanado simple permiten un ratio de velocidad de 2:1. El cambio de polos se lleva a cabo reconectando los devanados que doblan el número de polos invirtiendo la corriente en cada grupo de bobinas alternas. Esto es conocido como cambio del polo consecuente.

Los motores de dos devanados pueden configurarse para cualquier número de polos, y otros ratios de velocidad son posibles. Son posibles tres velocidades configurando uno o dos devanados por cambio del polo consecuente.

Debido a que los motores multi-velocidad de dos devanados tienen que acomodar un segundo devanado, a menudo tienen más potencia que sus equivalentes de velocidad simple.

Los motores multi-velocidad son opciones relativamente baratas donde son aceptables velocidades de operación discretas limitadas y fijas.

Controladores de velocidad de voltaje variable

Estos controladores típicamente usan rectificadores controlados de silicio (SCRs) para controlar el voltaje al motor.

Bajo un voltaje reducido, un motor se deslizará y así su velocidad será reducida.

Este esquema de control está generalmente limitado a aplicaciones de ventiladores y requiere un motor con rotores de deslizamientos altos.

El control es impreciso y está limitado a aplicaciones para motores de condensadores de deslizamiento permanente de una fase (PSC). Estos variadores típicamente se encuentran en aplicaciones agrícolas de hasta varios C.V.

Los controladores de velocidad de voltaje variable no se usan en aplicaciones industriales y comerciales.

Variadores de corriente continua

Los motores de corriente continua son inherentemente máquinas de velocidad variable. El control de la velocidad y el par se alcanzan variando el voltaje de armadura, la excitación de campo, o ambas.

Tradicionalmente, el control de velocidad de un motor de corriente continua viene de un motor generador, o M-G set. En un M-G set, un motor AC mueve un generador DC para proporcionar un voltaje variable DC para la operación del motor. M-G sets son grandes, ineficientes y requieren mucho mantenimiento.

M-G sets están siendo ahora reemplazados por sets rectificadores controlados por microprocesador, que permiten control de velocidad simple y exacto, alta eficiencia y fiabilidad.

Sin embargo, debido a la complejidad, coste y mantenimiento asociado a un motor DC, raramente se usan en nuevas aplicaciones. Muchas aplicaciones de variadores DC existentes están siendo reemplazadas con motores AC y VFDs.

Las nuevas aplicaciones usando motores y variadores DC son usualmente aplicaciones de ingeniería donde los motores y variadores AC no pueden cumplir un requerimiento de carga. Un ejemplo es una aplicación de tracción donde los requerimientos de par de arranque exceden el que está disponible de motores AC.

Embragues de corrientes de Foucault

Los embragues de corriente de Foucault pueden usarse para controlar motores de inducción de jaula de ardilla AC. Sin embargo, su eficiencia es baja comparada con VFDs y tienen aplicaciones limitadas.

Un embrague de corriente de foucault tiene esencialmente tres componentes principales:
  • Un tambor de acero impulsado por un motor AC.
  • Un rotor con polos.
  • Devanados en los polos que proporcionan el flujo variable requerido para controlar la velocidad.

Se aplica un voltaje a los devanados del polo para establecer un flujo y así ocurre un movimiento relativo entre el tambor y su rotor de salida.

Variando el voltaje aplicado, la cantidad de par transmitida varía y por lo tanto la velocidad puede ser variada.

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