06 junio 2012

Tutorial sobre variadores de frecuencia variable (3ª PARTE)



Ver 2ª PARTE

Motores avanzados

Los motores avanzados se clasifican generalmente como un grupo de diseños de motor que requieren electrónica de potencia y control de microprocesador para su operación. Este concepto fue formulado hace muchos años, pero sólo ahora es práctico con la electrónica de hoy. Todos los motores avanzados permiten operación de velocidad variable.

Actualmente están comenzando a ser usados en aplicaciones de OEMs, por ejemplo en motores de ventiladores centrífugas en bombas de calor y compresores de aire. Algunos motores avanzados están disponibles como motores de propósito general con capacidades de unos 600 C.V.

Control de velocidad mecánico

La operación de velocidad variable de máquinas puede ser alcanzada usando motores de velocidad fija con un dispositivo de control de la velocidad mecánica. Ejemplos incluyen acoplamiento de fluidos, sistemas de poleas ajustables, control de velocidad magnética, y transmisiones mecánicas tales como transmisiones de correas, transmisiones de cadena, cajas de engranaje, etc.

Los métodos mecánicos de control de la velocidad requieren que el motor opere a una velocidad constante y la elección del acoplamiento altera la velocidad para la carga aplicada. La eficiencia de los sistemas es dependiente de numerosos factores incluyendo tensión de correa, tipo y número de correas/cadenas, etc. Los métodos mecánicos típicos tienen velocidad constante y preestablecida que no puede ser dinámicamente ajustada a cargas variables. Los dispositivos de control de velocidad mecánicos típicamente tienen bajas eficiencias a bajas cargas.

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DE LOS VARIADORES AC

Motores de inducción AC

Un motor de inducción AC está construido con un rotor que tiene devanados donde se cruzan el campo magnético rotatorio generado por el devanado del estator.

A velocidad a plena carga, el rotor gira ligeramente más lento que la velocidad síncrona del motor. Esto es debido a que el campo magnético causa que las corrientes fluyan en los devanados del rotor y produzcan un par que haga girar el rotor; así que si el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético, no habrá movimiento relativo entre el rotor y el campo magnético, y ningún par se producirá.

La velocidad a la que el campo magnético rota depende del número de polos distribuidos en el estator y la frecuencia de corriente de alimentación. Es la llamada velocidad síncrona. 


Las velocidades de los motores de inducción AC típicos son 3600, 1800, 1200 y 900 rpm


Ilustración 1. Curva par-velocidad de un motor de inducción

Los devanados del rotor de un motor de jaula de ardilla son barras de aleaciones de cobre u aluminio posicionadas a lo lardo de la dirección del eje y cortocircuitadas por anillas terminales.

La forma de las barras y la resistencia de la aleación usada en su construcción influyen en las características de par-velocidad del motor.

Variadores de frecuencia variable de anchura de pulso modulado

Cuando operamos desde una fuente de energía de frecuencia constante (50 – 60 Hz, los motores de inducción AC son dispositivos de velocidad fija-

Un variador de frecuencia variable controla la velocidad de un motor AC variando la frecuencia suministrada al motor.

El variador también regula el voltaje de salida en proporción a la frecuencia de salida para proporcionar un ratio relativamente constante de voltaje y frecuencia (V/Hz), según se requiera por las características del motor AC para producir el par adecuado.

El primer paso en este proceso es convertir el voltaje de alimentación AC en DC por el uso de un rectificador. La potencia DC contiene ondas de voltaje que son alisadas usando condensadores de filtrado.  

Esta sección del VFD a menudo se denomina DC link.

Este voltaje DC luego se convierte en AC. Esta conversión típicamente se alcanza mediante dispositivos electrónicos de potencia tales como transistores de potencia IGBT usando una técnica llamada Modulación de Anchura de Pulso (PWM). El voltaje de salida se controla a alta frecuencia, con la duración del ciclo, o anchura de pulso, controlado para ser aproximadamente sinusoidal.

SELECCIÓN DE VARIADORES VFD

Consideraciones eléctricas cuando se aplican VFD a motores AC

La aplicación exitosa y el mantenimiento de variadores VFD requiere la comprensión de su impacto en el sistema de distribución eléctrica y el motor.

La aplicación de VFDs a los motores de inducción puede causar efectos que deben ser considerados para una operación exitosa. Ejemplos incluyen:
  • La capacidad del motor para enfriarse por sí mismo de forma efectiva se reduce cuando el motor gira más lentamente. Sobredimensionando el motor o proporcionando ventilación de aire forzado externo puede requerirse con operación extendida a bajas velocidades y altas cargas.
  • La operación a diferentes velocidades puede causar resonancias mecánicas. Estas velocidades se identificarán y programarán fuera del rango de operación del motor.
  • VFDs generan voltajes armónicos y corrientes que pueden, en algunos casos, causar efectos no deseables en el sistema de distribución eléctrica y afectar la operación del equipo. Si se sospecha un problema de calidad de la energía, el sistema eléctrico se examinará por una persona cualificada. A veces se requieren transformadores de aislamiento, reactores de línea o dispositivos de filtrado para minimizar estos efectos.

Alimentación eléctrica al variador

Los variadores AC requieren un suministro eléctrico aceptable para una operación fiable y exitosa.

El voltaje de suministro nominal del sistema de distribución es normalmente más alto que el voltaje de la placa del variador para permitir caídas de voltaje desde el transformador de distribución al punto de utilización.

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