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Producción de torque convariador y motor A.C.




Enviado por Pablo Turmero



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    Revisión de fundamentos de motores
    AC y DC Motor

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    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!

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    Estator trifásico con conexiones T1, T2 & T3
    Motor AC
    (Gp:) Frame
    (Gp:) Rotor y eje
    (Gp:) Bobinado del estator

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    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

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    (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

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    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

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    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:

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    Fundamentos de variadores AC PWM
    AC Drive Basics

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    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

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    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

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    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

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    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

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    (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

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    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

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    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

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    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

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    Fundamentos del variador vectorial
    Variador AC

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    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

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    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

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    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?

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    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)

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    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”

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    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”

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    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)”

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    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?

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    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?

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    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?

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    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

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    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.

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    (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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