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Variadores de velocidadfrecuencia y
Servomotores
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ndice
Aplicaciones Industriales
Introduccin a los Variadores de velocidad
Motores de Induccin CA
Fundamentos de Control de CA
Conexionado
Modos de trabajo y Criterios de seleccin
Modelos comerciales y Costos
Servomotores - Funcionamiento
Conexionado
Modelos comerciales y Costos
Seccin de Aplicaciones
Criterios de seleccin
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Introduccin a los
Variadores de velocidad
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Qu es un Variador de velocidad?
El VSD(Variable Speed Driver ) es un dispositivo o conjunto de dispositivos
mecnicos, hidrulicos, elctr icoso electrnicosempleados para controlar lavelocidad giratoria de maquinarias, espec ialmente en los mo tores.
Var iado res de velocid ad
Elctr icos /
Electrnicos Motores
MecnicosCA
CC
Induccin /Asncronos
Sncronos
Jaula de ardi l la
Rotor devanadoHidrulicos
Serie
Imn permanente
CompuestoDerivacin
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Motor jaula de ardilla
Consta de un rotor constituido por una serie de
conductores metlicos dispuestosparalelamente unos a otros, y cortocircuitados
en sus extremos por unos anillos metlicos,
que se encuentra situado inmerso en un campo
magntico producido por el estator.
Este campo al girar alrededor del rotor en
estado de reposo, inducir corrientes en elmismo, que producirn a su vez un campomagntico que seguir el movimiento delcampo estatrico, produciendo una cupla opar motor que hace que el rotor gire.
La induccin en el rotor slo se produce sihay una diferencia en las velocidadesrelativas del campo estatrico y el rotrico,las cuales no pueden ser iguales ya que si lofueran no se cortaran lneas de flujo y nohabra induccin y el motor no girara, aesto se le llama resbalamiento.
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Funcionamiento
Cuando el MI se alimenta directamente
desde la red, la velocidad vara muy
poco para un amplio rango de cargas
mecnicas. Esto se debe al
resbalamiento con respecto a la
velocidad de sincronismo impuesta por
la red.
La velocidad de las maquinas de
induccin dependen proporcionalmente
de la frecuencia de red y de la cantidad
de polos que tenga la maquina deinduccin. Manteniendo una relacin de
tensin frecuencia constante
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Partes componentes de
un motor de induccin de
jaula de ardilla
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Fundamentos de Control de CA
El variador de velocidad se coloca entre la red y el motor. El variador recibe la
tensin de red a la frecuencia de red (generalmente 50 Hz) y tras convertirla y
ondularla produce una tensin con frecuencia variable.
* Adems de cambiar la frecuencia, el VSD tambin vara la tensin aplicada al motor para
asegurar que existe el par necesario en el eje del motor sin producir sobrecalentamiento.
Debe mantener una relacin Volts /Hz con stante.
Los VSD interiormente constan de:
Rect i f icador: convierte corriente
alterna de lnea de alimentacin a
corriente directa.Inversor: convierte la corriente directa
en una seal de corriente alterna de
frecuencia ajustable.
Sistema de frenado (opcional) :
direcciona la energa del motor durante
el frenado regenerativo.
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Rect i f icador:La funcin del rectificador es convertir la seal de alimentacin de CA a CD y controlar la
tensin inversora , siendo los siguientes mtodos bsicos los mas usados.
Puntos impo r tantes
- Tipo de control
- Rizado de CD ->Armnicos ->calentamiento
- Factor de potencia
- Regeneracin
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Inversor:Utiliza dispositivos de potencia que son controlados por un microprocesador para
conmutar la tensin del bus de CD y producir una seal de CA de frecuencia ajustable
para el motor; siendo el ms comn el inversor por ancho de pulso o PWM.
El inversor consiste en 6 IGBTsque se encienden y se apagan en una secuencia tal que
producen una tensin de pulsos cuadrados que alimentan al motor (las salidas reales
son a rels). Para variara la frecuencia del motor el numero de pulsos y su ancho se
ajustan, resultando un voltaje y corriente promedio del motor sinusoidal.
Punto impor tante:
DISTORSION ARMNICA -> CALENTAMIENTO ->FILTRO
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Conexionado
Proteccin
Fi l t ro de red
Paneles d e v isual izacin
Resistencia de frenado
Fi l t ro de d istors in armnica a la sal ida del
inversor
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Modos de trabajo y seleccin
El VSD se elige dependiendo del modo de trabajo de la carga, que depende del
comportamiento de su torqueen func in de la velocidad.
Torque
constante
Extrusoras, compresores, bandas
transportadoras
Torquelineal
Prensas, calandras
Torque
cuadrtico
Bombas centrfugas y ventiladores
Torque
hiperblico
Mquinas bobinadoras y
desembobinadoras
Otras caractersticas a tener en
cuenta son:
- Rangos de variacin de velocidad
del motor
- Tiempos de rampa deaceleracin y desaceleracin
(Rampa en S o en U)
- Ciclo de trabajo del motor
- Valores nomin ales del mo tor
- Valores nominales de la red
elctrica- Condiciones medioambientales
- Tipo de contro l : Analgico o
dig i ta l
- Forma de frenado
V t j d l i
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Ventajas de seleccin
Motor asncrono en uso normal con variador de velocidad
Corriente de arranque Muy elevada, del orden de 6 8 veces la
corriente nominal en valor eficaz
Limitado en el motor (en gral. 1,5
veces la corriente nominal)
Par de arranque Cd Elevado y no controlado, del orden de
2 a 3 veces el par nominal
Del orden de 1,5 veces el par nominal
y controlado durante la aceleracin
Arranque Brutal, cuya duracin solo depende de
las caractersticas del motor y de la
carga arrastrada
Progresivo, sin brusquedades y
controlado (ej: rampa lineal)
Velocidad Variando ligeramente segn la carga Variacin posible a partir de cero
hasta un valor superior a la velocidad
de sincronismo
Par mximo Cm Elevado, del orden de 2 3 veces el par
nominal
Elevado disponible para todo el rango
de velocidades
Frenado elctrico Relativamente completo, necesitaprotecciones y un esquema particular
Fcil
Inversin del sentido de
marcha
Fcil solamente despus de parada del
motor
Fcil
Riesgo de bloqueo S, en caso de exceso de par, o en caso
de bajada de tensin
No
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Torque variable Torque constante Arrancadores suaves
1 Fase 3 Fases 1 Fase 3 Fases 1 Fase 3 Fases
Potencia (HP)
208/240 Vac
208/240Vac
400/480 Vac 500/600Vac
575/600 Vac
208/230
Vac
208/230
Vac
400/480
Vac
575/600
Vac1 - 5 seg 1 - 5seg 1 - 10 seg
Con bobina
de red
Sin bobina
de red
Sin bobina
de red
Con y sin
bobina de
red
Con y sin
bobina de
red
Con bobina
de red
110V,
208V, 230V
230V,
400V,
460V
230V,
400V,
460V
1/4 - 3 639 - 935 $ 639 - 764 $ 754 - 999 $ 1889 $ 268 - 468 $ 258 - 478 $ 363 - 574 $ 484 - 660 $ 100 -115 $ 100 -115 $ 113 $
4 -10 1035 - 2525 $1586 -2943 $ 925 - 1586 $ 1125 - 1578 $1989 - 2799
$554 - 1013 $650 - 1052 $792 - 1209 $ 130 -240 $ 130 -240 $152 - 300 $
15 - 30 3586 - 6326 $4599 - 6326 $2011 - 3586 $1868 - 3042 $ 4790 - 5780 $1338 - 1721
$
1386 - 1721
$
1594 - 1979
$
40 -1254599 - 11954
$3744 - 7988 $ 6999 - 18917 $
150 -35010105 - 15672
$
21480 - 41343
$
400 -90018947 - 76722
$
56100 -
124068 $
Modelos comerciales y Costos
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Ventiladores, bombas, control de puertas, manipulacion
de materiales, bandas transportadoras -> maquinarias
en general
Procesos relacionados con alimentos y
bebidas, textiles, impresin, goma y
plstico, ascensores
Bombas, ventiladores,
compresores,
mezcladoras,bandas
transportadoras ->estndar
Industriales (elevad
rendimiento): metalrgica,
cementera, minera,
energtica, qumica,
petrleo y gas
Potencia (HP)1 Fase 3 Fases 1 Fase 3 Fases 3 Fases 3 Fases
208/240 Vac 208/240 Vac 400/480 Vac 208/230 Vac208/230 Vac400/480 Vac 208/240 Vac 380/480 Vac 208/240 Vac 380/500 Vac
1/4 - 3 330 - 600 $ 300 - 550 $ 350 - 760 $ 355 - 655 $ 330 - 640 $ 390 - 740 $ 840 - 1130 $ 840 - 1130 $ 1430 - 1830 $
4 -10 680 - 1950 $840 - 1700 $ 1280 - 1945 $ 1280 - 1720 $ 1940 - 3060 $1490 - 2320 $
15 - 302300 - 3200
$2400 - 4410 $ 2070 - 3600 $ 3530 - 6300 $2680 - 4300 $
40 -125 7730 - 12970 $ 4960 - 7810 $7250 - 12340
$
4800 - 10400
$
150 -350 11200 - 15500 $12400 -
21200 $
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Ultra compactos Universales Arrancadores suaves
3 Fases 1 Fase 3 FasesAplicacin
estndar
Aplicacin
avanzada
Aplicacin
especial
Potencia (HP) 208/240 Vac200/240
Vac380/480 Vac200/240 Vac
380/480
Vac200 - 480 V 200 - 600 V 200 - 690 V
1/4 - 3 158 - 479 $ 372 - 736 $ 603 - 852 $ 421 - 905 $ 850 - 1195 $
4 -10 836 - 1170$
1077 - 1591 $ 1407 - 2287$
273 - 468 $ 625 $
15 - 30 2066 $2954 - 4953
$499 - 718 $ 720 - 1310 $ 1425 - 1869 $
40 -1256060 -
12906 $800 - 1460 $ 1497 - 3528 $ 2111 - 4305 $
150 -35014921 -
22336$4154 - 7238 $ 5003 - 9450 $
400 -900 10393 - 2204 $
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Servomotores
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Qu es un Servomotor?
Los servomotores junto con su correspondiente dr iver, son dispositivos de
accionamiento para el control de precis in de velocidad, torqu e y posic in.
Bsicamente es un servomotor, el que con t iene en su inter ior un encodery
un ampl i f icador(driver) que en su conjunto conforman un c i rcui to
real imentado para comandar posicin, torque y velocidad.
Esquema bsico de accionamiento de servomotor.
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Esquema interno de un servomotor
El dr iverdel servomotor posee el mismo
funcionamiento de un var iador de velocid ad
slo con el agregado de la real imentacin que
contro la los com ponentes del inversor PWM.
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Conexionado
Detalle de conectores de salida y
entrada de un servomotor
Ej: Diagrama de aplicacin de conexin
en una cinta transportadora
S l i li i
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Seleccin y aplicaciones
Para seleccionarel servomotor apropiado, es necesario considerar los
siguientes datos:
Potencia-> amplia gama de potencias de 100W a 300kW Velocidad-> las ms comunes son de 3000rpm o 6000rpm
Inercia de la carga
Torque requer ido-> criterio de seleccin con respecto al torque de trabajo
del motor-sistema
Requerimiento de frenado
Tamao
Tipo de enco der -> el ms comn es del tipo incremental, existiendo la
alternativa de absoluto (siendo sta ms cara)
Las apl icacionesms comunes son aquellas en donde se necesite un control
de precisin como en:
Movimiento de ngulos de brazos robticos
Bombas centrfugas y ventiladores
Auto-foco de cmaras
Sistema de posicionamiento de paneles solares
Sistema de posicionamiento de antenas
Prensas de impresin
Bobinado de textiles
M d l i l C t *
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Servomotores
230 V 400 V
Potencia (HP)
3000prm 6000rpm 3000prm 6000rpm
Con freno Sin freno Con freno Sin freno Con freno Sin freno Con freno Sin freno
1/4 - 1/2 1282 - 2032 $ 968 - 1787 $576 - 1636 $
1/2 - 1 994 - 1852 $ 1080 - 1666 $1114 - 1748 $
1- 2 1359 - 2310 $
3 - 7 1513 - 2218 $
Simotics S 1FK7
Servomotors Simotics S 1FK7
SIMOTICS S-1FL6 servomotor
Modelos comerciales y Costos*
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Servomotores
Encoder Incremental
Potencia (W)
3000 rpm
230 V
Potencia (kW)
400 V
Con freno Sin freno Con freno Sin freno
50 - 100 2445 - 2537 $ 1681 - 1490 $ 1 - 1,5 4087 - 4906 $ 3259 - 4070 $
200 - 400 2805 - 3165 $ 1865 - 2124 $ 2 - 3 5550 - 6836 $ 4332 - 4910 $
750 - 1500 3958 - 4380 $ 2676 - 3175 $ 4 - 5 7986 - 10557 $ 6524 - 9263 $
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Servomotores / 230 V
Potencia (HP) Sin freno
Con freno
freno 24 VDC freno 230 VDC
feno amplif. 24
VDC
freno amplif. 230
VDC
12 - 72 1997 - 5184 $ 2781 - 6790 $ 2804 - 6813 $ 3220 - 7244 $ 3241 - 7269 $
* Los precios no incluyen los costos de cableado, encoder, driver y software, y accesorios del servomotor.
V i d d l id d t S t ?
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Variadores de velocidad + motor o Servomotor?
Propiedades Variador de velocidad
+ Motor CA
Servomotor
COMPRA BAJO ALTO
INSTALACION BAJO MEDIO
MANTENIMIENTO MUY BAJO BAJO
POTENCIA MEDIAS A ALTAS BAJAS A MEDIASCONTROL MUY POCO VARIOS MODOS
PRECISION POCO PARA POSICION ALTA
VELOCIDAD MALO A BAJAS VELOCIDADES AMPLIO RANGO
PRESTACIONES Y TORQUE ELEVADO ELEVADO
PERDIDAS BAJAS MUY BAJAS
CONTRUCCION ROBUSTO PARA AMBIENTES
AGRESIVOS
CERRADA Y EFICIENTE EN
AMBIENTES SUCIOS
EFICIENCIA ELECTRICA ALTA MUY ALTA
A li i l b i t
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Aplicaciones generales para ambos sistemas
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