REPASO DE CONCEPTOS ELECTROTÉCNICOS.

1 VARIADORES DE FRECUENCIA. REPASO DE CONCEPTOS ELECTROT CNICOS. Como paso previo a la lectura de estos apuntes, ser a conveniente un REPASO a los CONCEPTOS b sicos de los motores as ncronos de jaula de ardilla, sobre todo a los puntos de arranque, velocidad y frenado. Igualmente, a continuaci n se exponen, como REPASO , algunos CONCEPTOS sobre m quinas as ncronas (generadores y motores). Las m quinas el ctricas sirven para transformar la energ a mec nica en el ctrica (generadores) o, inversamente, para transformar la energ a el ctrica en mec nica (motores); es decir que la m quinas el ctricas son reversibles y pueden trabajar como generador o como motor. Estas m quinas as ncronas se basan en el principio de la acci n de un campo magn tico giratorio sobre un arrollamiento en cortocircuito. Efecto de campo giratorio sobre una espira en cortocircuito.

2 El sistema magn tico de una m quina as ncrona consta de 2. n cleos: el n cleo exterior fijo que tiene la forma de un cilindro hueco y el n cleo cil ndrico interior giratorio. Sistema magn tico de la m quina as ncrona. La parte fija de la m quina se llama estator y la parte giratoria rotor. ESTATOR: en las ranuras ubicadas en el lado interior del estator se coloca un arrollamiento trif sico, constituido por 3 arrollamientos iguales (uno por cada fase) desplazados 120 entre s (para un motor con un solo par de polos). Por lo visto en campos giratorios, los efectos simult neos de las 3. corrientes de una red trif sica originan un campo constante que gira a velocidad s ncrona (n s). ROTOR: si en el interior del estator colocamos una espira en cortocircuito (rotor) que pueda girar alrededor de un eje, se tiene que: Al conectar el estator a la red se origina un campo giratorio que originar una fem inducida.

3 Esta fem inducida, a su vez hace circular una corriente en la espira en cortocircuito (rotor), y por la acci n del campo magn tico crear cuplas distribuidas a lo largo de la espira haciendo que sta trate de seguir al campo giratorio. Es obvio que la espira nunca podr alcanzar al campo giratorio debido a la cupla resistente, que est compuesta en prime r t rmino por las p rdidas por rozamiento en los cojinetes, y en segundo t rmino por la carga que mueve el eje del motor. Es decir que siempre habr una diferencia entre la velocidad n s . del campo giratorio y la del rotor n (o la del eje del motor). Por lo tanto, llamaremos velocidad relativa a la diferencia entre n s y n, que para el caso de motores ser positiva y para el caso de generadores ser negativa. n rel = n s n La magnitud caracter stica que determina las condiciones de trabajo de la m quina as ncrona es el resbalamiento , definido como: ns n s=.

4 Ns El resbalamiento es positivo cuando la m quina trabaja como motor y negativo cuando sta trabaja como generador. EJEMPLO. Para un motor de un par de polos con frecuencia de l nea de 50 Hz, girando en r gimen a 2866 rpm (n), se tendr n los siguientes valores: Si el motor est parado n = 0, entonces s = 1 (100% resbalamiento). Si el motor est en r gimen n = 2866 rpm, entonces s = 0,044. (4,4% resbalamiento). En el hipot tico caso (que no significa ideal) que el rotor estuviera s ncrono con el campo magn tico giratorio, se tendr a n = ns = 3000 rpm, entonces s = 0 (0% resbalamiento). Adem s: n = ns ns * s n = ns * (1 s ). Recordando que: 60 * f ns =. p Donde: f: es la frecuencia de la l nea (Hz). p: es el n mero de pares de polos. Luego, se tiene que: 60 * f n= * (1 s ). p Conclusi n: Las rpm reales de un motor (n) son funci n del resbalamiento (s), de la cantidad de pares de polos (p) y de la frecuencia de l nea (f).

5 Sobre sta ltima, centraremos nuestra atenci n, ya que los variadores est ticos de frecuencia, tomando la tensi n y la frecuencia de l nea, podr n variarla a su salida entre 0,01 Hz y 350 Hz o m s dependiendo del uso y tipo de motor a emplear. 1. INTRODUCCI N. Sin duda alguna los accionamientos a base de motores el ctricos son los m s numerosos de la mayor a de las aplicaciones, y dentro de ellos los basados en motores de corriente continua han gozado de una total hegemon a en el campo industrial durante d cadas. Sin embargo los motores con menor nivel de exigencias en el mantenimiento son los motores as ncronos de jaula de ardilla, debido a que carecen de colector, tienen una relaci n peso-potencia mucho menor que los de continua, y por tanto un coste significativamente m s bajo. Por estas razones, dada su capacidad de soportar sobrecargas y su elevado rendimiento, es el motor m s atractivo para la industria.

6 Desde hace aproximadamente 20 a os, el elevado desarrollo de la electr nica de potencia y los microprocesadores ha permitido variar la velocidad de estos motores, de una forma r pida, robusta y fiable, mediante los reguladores electr nicos de velocidad. La elecci n de la instalaci n de un convertidor de frecuencia como m todo de ahorro energ tico supone: Reducci n del consumo. Mejor control operativo, mejorando la rentabilidad y la productividad de los procesos productivos. Minimizan las p rdidas en las instalaciones. Ahorro en mantenimiento (el motor trabaja siempre en las condiciones ptimas de funcionamiento). 2. FUNDAMENTOS TECNOL GICOS DE LA REGULACI N. ELECTR NICA DE VELOCIDAD EN MOTORES. Un regulador electr nico de velocidad est formado por circuitos que incorporan transistores de potencia como el IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) o tiristores, siendo el principio b sico de funcionamiento transformar la energ a el ctrica de frecuencia industrial en energ a el ctrica de frecuencia variable.

7 Esta variaci n de frecuencia se consigue mediante dos etapas en serie. Una etapa rectificadora que transforma la corriente alterna en continua, con toda la potencia en el llamado circuito intermedio y otra inversora que transforma la corriente continua en alterna, con una frecuencia y una tensi n regulables, que depender n de los valores de consigna. A esta segunda etapa tambi n se le suele llamar ondulador. Todo el conjunto del convertidor de frecuencia recibe el nombre de inversor. El modo de trabajo puede se manual o autom tico, seg n las necesidades del proceso, dada la enorme flexibilidad que ofrecen los reguladores de velocidad, permitiendo hallar soluciones para obtener puntos de trabajo ptimos en todo tipo de procesos, pudiendo ser manejados por ordenador, PLC, se ales digitales o de forma manual.

8 La mayor a de las marcas incluyen dentro del propio convertidor protecciones para el motor, tales como protecciones contra sobreintensidad, sobretemperatura, fallo contra desequilibrios, defectos a tierra, etc, adem s de ofrecer procesos de arranque y frenados suaves mediante rampas de aceleraci n y de frenado, lo que redunda en un aumento de la vida del motor y las instalaciones. Como debe saberse , el uso de convertidores de frecuencia a ade un enorme potencial para el ahorro de energ a disminuyendo la velocidad del motor en muchas aplicaciones. Adem s aportan los siguientes beneficios: Mejora el proceso de control y por lo tanto la calidad del producto. Se puede programar un arranque suave, parada y freno (funciones de arrancador progresivo). Amplio rango de velocidad, par y potencia. (velocidades continuas y discretas).

9 Bucles de velocidad. Puede controlar varios motores. Factor de potencia unitario. Respuesta din mica comparable con los drivers de DC. Capacidad de by-pass ante fallos del variador. Protecci n integrada del motor. Marcha paso a paso (comando JOG). Con respecto a la velocidad los convertidores suelen permitir dos tipos de control: Control manual de velocidad. La velocidad puede ser establecida o modificada manualmente (display de operador). Posibilidad de variaci n en el sentido de giro. Control autom tico de velocidad. Utilizando realimentaci n se puede ajustar la velocidad autom ticamente. Esta soluci n es la ideal para su instalaci n en aplicaciones en las que la velocidad demandada var a de forma continua. Rectificadores para convertidores de frecuencia. Rectificadores no controlados de tensi n fija.

10 El fen meno de la rectificaci n se da porque los diodos van conmutando c clicamente al circuito de cc sobre las fases de ca. Es la tensi n de esta red la que va forzando el paso a conducci n o bloqueo de los diodos, a esta conmutaci n se le llama forzada. Si s lo se rectifican las semiondas positivas de la tensi n alterna tenemos un montaje de media onda y si se rectifican ambas semiondas, tenemos un montaje de onda completa. En los montajes de media onda la tensi n no es continua pura, ya que exhibe cierto grado de rizado u oscilaci n en torno a su valor medio. Los diodos que conducen en cada momento son aquellos en los que la tensi n de la fase en la que van conectados supera a la de las otras dos. Rectificador trif sico de media onda El rectificador trif sico de onda completa o puente de Graetz, est.