Principios de control de los convertidores de frecuencia

Control PID en lazo cerrado

Los convertidores de frecuencia rectifican la tensión de CA de la red de alimentación y la convierten en tensión de CC, después de lo cual dicha tensión de CC se convierte en corriente CA de amplitud y frecuencia variables. De este modo, el motor recibe una tensión / intensidad y frecuencia variables, lo que permite un control de velocidad infinitamente variable en motores CA trifásicos estándar y en motores sincrónicos de magnetización permanente.

Los terminales de control ofrecen al cableado realimentación, referencia y otras señales de entrada al convertidor de frecuencia, salida de estado del convertidor de frecuencia y condiciones de fallos, relés para utilizar equipos auxiliares e interfaz de comunicación en serie. También se proporciona una alimentación común de 24 VCC.

Control manual y remoto automático

El convertidor de frecuencia puede accionarse manualmente a través de la pantalla o de forma remota mediante entradas analógicas y digitales o un bus serie.

Tras pulsar el botón de control automático el convertidor de frecuencia pasa al modo automático y sigue (de manera predeterminada) la referencia remota. En este modo, resulta posible controlar el convertidor de frecuencia mediante las entradas digitales y diferentes interfaces serie (RS-485, USB o un bus de campo opcional).

Estructura de control en lazo cerrado

El controlador interno permite que el convertidor de frecuencia se convierta en parte del sistema controlado. El convertidor de frecuencia recibe una señal de realimentación desde un sensor en el sistema. A continuación, compara esta señal con un valor de referencia y determina el error, si lo hay, entre las dos señales. Ajusta luego la velocidad del motor para corregir el error.

Por ejemplo, consideremos una aplicación de bombas en la que la velocidad de una bomba debe ser controlada de forma que la presión en una tubería sea constante. El valor de presión estática deseado se suministra al convertidor de frecuencia como referencia de consigna. Un sensor de presión estática mide la presión estática real en la tubería y suministra esta información al convertidor en forma de señal de realimentación. Si la señal de realimentación es mayor que la referencia de consigna, el convertidor de frecuencia disminuye la velocidad para reducir la presión. De la misma forma, si la presión en la tubería es inferior a la referencia de consigna, el convertidor de frecuencia acelera para aumentar la presión suministrada por la bomba.

La gestión de la realimentación puede configurarse para trabajar con aplicaciones que requieran un control avanzado, tales como múltiples consignas y múltiples tipos de realimentaciones. Son habituales tres tipos de control.

Zona única, consigna única: Es una configuración básica. La Consigna 1 se añade a cualquier otra referencia.

Multizona, consigna única: Utiliza dos o tres sensores de realimentación, pero una sola consigna. La realimentación puede sumarse, restarse o puede hallarse la media. Adicionalmente, puede usarse el valor máximo o el mínimo. 

Orden de programación

El orden de programación del control de lazo cerrado es el siguiente:

1) Asegúrese de que el motor funciona correctamente. Haga lo siguiente:

 Ajuste los parámetros del motor usando los datos de la placa de características.

 Ejecute una Adaptación automática del motor.

2) Compruebe que el motor esté rodando en la dirección adecuada.

Ejecute una verificación de la rotación del motor.

3) Asegúrese de que los límites del convertidor de frecuencia están ajustados a valores seguros

Compruebe que los ajustes de rampa se encuentren dentro de las posibilidades del convertidor de frecuencia y que cumplan las especificaciones permitidas de funcionamiento de la aplicación.

Si es necesario, impida la inversión del motor.

Especifique unos límites aceptables para la velocidad del motor.

Cambie de lazo abierto a lazo cerrado.

4) Configure la realimentación al controlador PID.

Seleccione la unidad de referencia/realimentación apropiada.

5) Configure la referencia de consigna para el controlador PID.

Ajuste unos límites aceptables para la consigna de referencia.

Seleccione la intensidad o la tensión por los interruptores

6) Escale las entradas analógicas empleadas como consigna de referencia y realimentación.

Escale la Entrada analógica A para el rango de presión del potenciómetro (0-10 bar, 0-10 V).

Escale la Entrada analógica B para el sensor de presión(0-10 bar, 4-20 mA

7) Ajuste los parámetros del controlador PID

Ajuste el controlador de lazo cerrado del convertidor de frecuencia si es preciso.

Optimización del controlador de lazo cerrado

Una vez que el controlador de lazo cerrado ha sido configurado, debe comprobarse el rendimiento del controlador. En muchos casos, su rendimiento es aceptable utilizando los valores predeterminados de 20-93 Ganancia proporc. PID y 20-94 Tiempo integral PID. No obstante, en algunos casos resultar útil optimizar los valores de estos parámetros para proporcionar una respuesta más rápida del sistema y al tiempo que se mantiene bajo control la sobremodulación de velocidad.

Ajuste manual del PID

1. Ponga en marcha el motor.
2. Ajuste Ganancia proporcional. PID a 0,3 e increméntelo hasta que la señal de realimentación empiece a oscilar. Si es necesario, arranque y pare el convertidor de frecuencia o haga cambios paso a paso en la referencia de consigna para intentar que se produzca la oscilación.
3. A continuación, reduzca la ganancia proporcional de PID hasta que la señal de realimentación se estabilice. Después, reduzca la ganancia proporcional entre un 40 y un 60 %.
4. Ajuste Tiempo integral PID a 20 s y reduzca el valor hasta que la señal de realimentación empiece a oscilar. Si es necesario, arranque y pare el convertidor de frecuencia o haga cambios paso a paso en la referencia de consigna para intentar que se produzca la oscilación. A continuación, aumente el tiempo integral de PID hasta que la señal de realimentación se estabilice. Después, aumente el tiempo integral entre un 15 y un 50 %
5. Use Tiempo diferencial PID únicamente para sistemas de actuación rápida. El valor normal es el 25 % del Tiempo integral PID. Use la función diferencial únicamente cuando el ajuste de la ganancia proporcional y del tiempo integral se hayan optimizado por completo. Compruebe que las oscilaciones de la señal de realimentación están suficientemente amortiguadas por el filtro de paso bajo para la señal de realimentación (Terminal de entrada analógica A tiempo filtro constante, Terminal de entrada analógica B tiempo filtro constante.  Tiempo filtro pulsos constante #29 o Tiempo filtro pulsos constante #33 según se necesite).

Bibliografía

Guía de diseño de VLT AQUA Drive FC 202