Revisión de fundamentos de motores AC y DC Motor
La potencia de placa se alcanza en las rpm de placa HP = Torque * Speed / 5252 (Gp:) Torque (Gp:) RPM (Gp:) Velocidad en placa (Gp:) 100% (Gp:) Potencia
Zona de torque constante Zona de potencia constante Motor Basics (Gp:) La potencia de placa se alcanza a la rpm de placa, NO ANTES!
Estator trifásico con conexiones T1, T2 & T3 Motor AC (Gp:) Frame (Gp:) Rotor y eje (Gp:) Bobinado del estator
Campo mágnetico rotatorio de motor de dos polos RPM es igual a : (Gp:) 120 * Frequency # Motor Poles
Motor de dos polos (Gp:) Note que la Frecuencia es la única variable que puede influir el la velocidad del motor
Operacion del motor AC
(Gp:) Armadura
La armadura el el campo están separados Note que la armadura y el campo están fijos a 90° todo el tiempo Polos de campo (Gp:) Conmutador y escobillas
Motor DC
RPM es igual a: Ambos voltaje de armadura e intensidad de campo afectan la velocidad del motor Modelo Simple (Gp:) Voltaje – ( Caida Voltaje ) Flujo de campo (Gp:) Arm
(Gp:) S
(Gp:) N
(Gp:) V (Gp:) V
Para aumentar el torque incrementamos la corriente de armadura Funcionamiento de Motor DC
Puntos claves: Las diferencias mecánicas deben tratarsen matematicamente El motor de indución AC tiene un circuito: Las conexiones al estator son T1, T2 y T3. Los motores DC tienen tienen dos circuitos: F1 y F2 para el campo. A1 y A2 para la armadura. Para tratar los motores AC como DC: Veamos los AC como con dos circuitos Resumen:
Fundamentos de variadores AC PWM AC Drive Basics
El puent rectificador convierte AC en DC. El voltaje DC es filtrado para reducir las variaciones. El inversor convierte la DC en voltaje AC PWM. (Gp:) Motor (Gp:) Red AC (Gp:) Inversor IGBT (Gp:) Diodo Rectificador
(Gp:) Filtro DC
Variador AC
La onda PWM es una serie de pulsos repetitivos de voltaje (Gp:) 1 (Gp:) 3 (Gp:) + DC Bus (Gp:) – DC Bus (Gp:) VLL @ Drive 500 Volts / Div. (Gp:) Phase Current 10 Amps / Div. (Gp:) M2.00?s Ch1 1.18V
Drive AC – Forma de onda PWM
El motor es controlado por cambio de voltaje y frecuencia (Gp:) Frecuencia de salida (Gp:) Frecuencia de palca (Gp:) 60 (Gp:) Voltaje de salida (Gp:) Hz (Gp:) 30 (Gp:) 460 (Gp:) 230 (Gp:) 115 (Gp:) 15 (Gp:) 90 (Gp:) 460 / 60 = 7.67 V/Hz (Gp:) 0 (Gp:) Operation at Base Speed
Variado AC – Relación V/Hz La relación V/Hz determina que a frecuencia de placa se logra potencia de placa
Al 50% de la velocidad, voltaje y frecuencia son reducidos a La mitdad (Gp:) Output Frequency (Gp:) Base Frequency (Gp:) 60 (Gp:) Output Voltage (Gp:) Hz (Gp:) 30 (Gp:) 460 (Gp:) 230 (Gp:) 115 (Gp:) 15 (Gp:) 90 (Gp:) 230 / 30 = 7.67 V/Hz (Gp:) 0
AC Drive Basics – V/Hz Operation A 50% de la frecuencia de placa, la relación V/Hz determina que se logre el 50% de la potencia Funcionamiento a 50% de frecuencia de placa
(Gp:) A 25% de la velocidad se tiene 25% de la potencia de placa (Gp:) Frecuencia de salida (Gp:) Frecuencia de placa (Gp:) 60 (Gp:) Voltaje de salida (Gp:) Hz (Gp:) 30 (Gp:) 460 (Gp:) 230 (Gp:) 115 (Gp:) 15 (Gp:) 90 (Gp:) 115 / 15 = 7.67 V/Hz (Gp:) 0
A 25% de la velcidad, Voltaje y frecuencia decrecen en 3/4 Variador AC – Funcionamiento V/Hz Funcionamiento a 25% de la frecuencia de placa
Para mejorar el arranque, se usa Incremento de voltaje que aumenta la magnetización del motor y el torque Aumentado el voltaje se mejora el torque en el arranque (Gp:) Frecuencia de salida (Gp:) Frecuencia de placa (Gp:) 60 (Gp:) Voltaje de salida (Gp:) Hz (Gp:) 30 (Gp:) 460 (Gp:) 248 (Gp:) 138 (Gp:) 15 (Gp:) 90 (Gp:) 460 V / 60 Hz = 7.67 V/Hz + % BOOST (Gp:) 0 (Gp:) Aumento de Voltaje
Variador AC – Funcionamiento V/Hz
Aumentar el voltaje durante mucho tiempo recalienta el aislamiento del motor y puede resultar en un daño prematuro. Incapaz de trabajar como un motor DC, la industria va hacia el control vectorial Advertencia: La vida del aislamiento decrece 50% por cada 10?C por encima de su temperatura de trabajo. Variador AC – Funcionamiento V/Hz
Si podemos separar y regular la componente de corriente que crea a torque en el motor, podremos regular torque en el motor, no solo la velocidad! La regulaión de corriente permite el control del torque Esta es la base del control vectorial Variador AC – Vectorial
Fundamentos del variador vectorial Variador AC
Corriente de magnetización Amperios de plena carga Voltaje del motor Frecuencia en placa RPM en placa (Deslizamiento) Potencia en placa La corriente de placa es el más importante de los datos Variador AC – Modelo del motor El modelo del motor se basa en los datos ajustados en los parámetros
Corriente de magnetización es la corriente requerida para excitar el estator y las bobinas sin carga. Corriente de magnetización: Corriente de vacio sin fricción Determina el flujo mágnetico (FLA – Mag. Amps) = 100% Torque Current Una mala calibración de FLA puede reducir el torque La corriente de magnetización va del 35% al 50% FLA FLA = corriente a plena carga (Dato de placa) Variador AC – Modelo del Motor Parametro: Corriente de magnetización
De esta forma el torque se produce aún a “0” RPM La corriente de magnetización equivale a corriente de campo Corriente de magnetización = corriente de vacio Valor fijo de 0 RPM a RPM nominal Variador AC – funcionamiento vectorial (Gp:) Corriente para torque (Gp:) Corriente de magnetización (Gp:) 100% (Gp:) 90?
El valor de FLA puede ajustar: La sobrecarga del motor La sobrecarga del variador La disponibilidad de torque (FLA x %OL) – Mag. Amps = Max. Corriente disponible para torque Una mala calibración disminuye el torque y puede dañar el motor. Como cada algoritmo vectorial es único, revise este dato con el fabricante Variador AC– Modelo del Motor Parámetro: “Corriente a plena carga” (FLA)
Voltaje y Hz en placa pueden: Determinan la relación de voltios y frecuencia a la salida del variador Una mala calibración puede recalentar el motor, reducir la vida útil del aislamiento y el torque disponible. Debemos asegurarnos operación correcta del motor sin recalentamiento Variador AC – Modelo del Motor Parámetro: “Voltaje y frecuencia de placa”
Determinan: Cálculo del deslizamiento. Espera medir unas RPM a determinada frecuencia Permiten detectar y corregir errores de RPMs Establecen el punto de debilitamiento de campo Una mala calibración puede causar sobrecorrientes Los variadores AC regulan la velocidad teniendo en cuenta el deslizamiento Variador AC – Modelo del Motor Parámetros: “frecuencia y RPM”
La potencia puede ser usada para: Estimar la impedancia del motor Estimar la inductancia del motor Calcular la ganacia para realimentación de torque Una mala calibraciónpuede causar una pobre regulación de torque o velocidad La información de la potencia es vital Variador AC – Modelo del Motor Parámetro: “Potencia (HP ó Kw)”
El Flux Vector actua más como un variador DC El debilitamiento de campo ocurre por encima de la frecuencia de placa La corriente de magnetización decae por encima de la frecuencia de placa Variador AC – Funcionamiento Vectorial (Gp:) Torque Current (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) 100% (Gp:) 90?
(Gp:) Torque Current (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) 100% (Gp:) 90? (Gp:) 90?
El torque del motor depende de la carga Los cambios en la corriente para torque dependen de los cambios de la carga Variador AC – Funcionamiento Vectorial (Gp:) Torque Current (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) 100% (Gp:) 90?
(Gp:) Torque Current (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) 10% (Gp:) 90?
Torque en el eje del motor se basa en una referencia de torque La corriente de torque se basa en una referencia Variador AC – Funcionamiento Vectorial (Gp:) Torque Current (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) 100% (Gp:) 90?
(Gp:) Torque Current (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) 10% (Gp:) 90?
La corriente de torque debe estar a 90° con magnetización El torque es optimo solo cuando se mantienen los 90° Sintonización inadecuada, incorrecta parametrización, mala realimentación de velocidad o baja potencia del variador ocasionaran mala regulación del torque. AC Drive Basics – Vector Operation (Gp:) Torque Current (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) 100% (Gp:) 90? (Gp:) Producción optima de torque
(Gp:) Torque Current (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) ?? (Gp:) Pobre producción de torque
Clase de carga: velocidad directa y torque inverso El tiempo para saber velocidad y posición es limitado por la inercia y la velocidad La forma en que la carga afecta al drive es crítico para el exito en la aplicación. La carga con velocidad directa y torque inverso es la más dificil de manejar. Variador AC – Funcionamiento Vectorial (Gp:) ??
(Gp:) Si los rodillos están acoplados durante el recorrido, se puede presentar una condición de velocidad directa y torque inverso. Use V/Hz or vectorial si la inercia o la velocidad es alta.
Corriente de motor = Suma vectorial de torque y magnetización Acá aparece el nombre de vectorial Corriente del motor es la que se mide en sus fases Variador AC – Funcionamiento Vectorial 100% (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) Torque Current (Gp:) Magnetizing Current (Gp:) 100% (Gp:) Motor Current (Gp:) 90? (Gp:) Torque Current (Gp:) Motor Current (Gp:) 90?
A² + B² = C²
Flux Vector regula corriente y torque usando velocidad del rotor y posición para optimizar torque en el eje junto con realimentación de corriente del motor. El encoder proporciona la información de rpm y posición (Gp:) L1 (Gp:) L2 (Gp:) L3 (Gp:) Current Feedback (Gp:) Motor (Gp:) E (Gp:) Micro P
Variador AC – Funcionamiento Flux Vector
A medida que el motor llega a la temperatura de trabajo, la linealidad y precisíón del torque mejoran en Flux Vector (Gp:) Precisión del torque 5% o mejor !
Variaador AC – Torque y temperatura de rotor (Gp:) % Torque (Gp:) Inch – Lbs (Gp:) HOT Motor (Gp:) COLD Motor
Es básicamente el mismo Flux Vector Control, con realimentación de Voltaje para detectar cambios de temperatura en el motor. El variador continuamente se adapta a los cambios de temperatura del motor (Gp:) L1 (Gp:) L2 (Gp:) L3 (Gp:) Voltage Feedback (Gp:) Motor (Gp:) E (Gp:) Micro P
Variador AC – Control de campo orientado
Ideas claves: La información del motor medida o programada es la clave del exito Los errores en la realimentación del encoder afectan el control: Produciendo inestabilidad en la velocidad Debe estar libre de ruido Seleccione un encoder apropiado para motor vectorial Tierras apropiadas son importantes Los datos del motor deben ser precisos en el variador Variadores AC – Resumen
El de nucleo escalar Todos los vectoriales sin realimentación no son los mismos Actualmente hay dos tipos de variadores vectoriales El de nucleo vectorial Variador AC
SVC basado en el escalar (V/Hz) SVC con V/Hz puede manejar multiples motores Usa un algoritmo sofisticado de limitación de corriente para mejorar el torque constante y el de arranque. Necesita menos información para puesta en marcha ganando así simplicidad. Puede manejar motores en paralelo. Solo regula la frecuencia , fijando la corriente. No regula el torque Variador AC – Variador vectorial
Solo vectorial: Separa la corriente de torque y la de magnetización, para mantener el angulo de 90°. El arranque es algo más complicado por que se necesita más información del motor. Solo maneja un motor a la vez. Controla velocidad y torque Variador AC – Vectorial
El variador SVC vectorial cálcula la velocidad del rotor y su posición (Gp:) L1 (Gp:) L2 (Gp:) L3 (Gp:) Motor (Gp:) Sensores de corriente (Gp:) Micro P ( FVC + Speed Estimator )
Variador AC – Vectorial
(Gp:) POSICION (Gp:) RPMs (Gp:) TORQUE (Gp:) MOTOR
(Gp:) La referencia de posición es opcional en la mayoria de controles vectoriales
(Gp:) La referencia de velocidad es de uso común
(Gp:) La referencia de torque puede ser directa, evitando el lazo de velocidad como referencia para aplicaciones como enrolladoras y Equipos de pruebas
Hay tres lazos de control: 1,000 rad/sec 100 rad/sec 10 rad/sec Variador AC – Lazos de control
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