Variadores de velocidad aplicados a packing en la Industria alimentaria.

1. Variadores de velocidad
aplicados a packing
Dr. Saúl Manrique Velarde

2. Introducción
Los variadores de frecuencia son dispositivos electrónicos
para manipular la frecuencia y niveles de voltaje de su
Salida, esto permite controlar la velocidad y el torque en el
motor.

3. Estructura interna de un Variador

4. Ventajas
Regulación suave:
- Aumento de la vida útil de todas las partes involucradas
- Ahorro en el mantenimiento
Control de velocidad continuo y preciso.
- Variación de la velocidad en forma continua,
- Precisión de hasta 0,01% de la velocidad máxima,
- Resolución de hasta 0,01Hz (0,3 rpm)
El torque del motor puede ser mantenido, aún a bajas velocidades.
Permite limitar el torque máximo.
Se pueden variar desde 0.5 RPM, hasta velocidades mayores de la
nominal del motor.
Importante ahorro de energía.
Menores tiempo de parada y gastos de operación.

5. Ventajas
Protecciones:
- Sobre/Subtensión,
- Sobrecarga,
- Puesta a tierra
- Sobretemperatura del convertidor,
- Protección térmica del motor (ETH),
- Falta de fase de salida,
Entradas y salidas digitales programables.
- Señales de comando en baja tensión.
- Pueden programarse libremente.
Controlador PID integrado.
- Variación de la velocidad en función de la diferencia entre el
valor actual y el valor seteado.
- Permite mantener constante: caudal, presión de aceite,
temperatura, velocidad, etc.

6. Recomendaciones de instalación
 Breaker
 Contactor
 Fusibles según manual
 ¿El variador sobrepasa los 30HP?, si, entonces
colocar filtro AC a la entrada.
 ¿Qué distancia hay entre variador y motor? Si es
grande colocar filtro ud/ut a la salida.

7. Recomendaciones de instalación
 Instale el variador en un ambiente adecuado:
 Respete las temperaturas admisibles
(-10 a 50 °C)
 Que el lugar se encuentre protegido de vibraciones
 Que el lugar sobre el cual está de instalado sea liso
y no inflamable.
 Que el medio ambiente corresponda con el grado
de protección del variador.
 Cuando se instale en un gabinete, dimensione el
mismo de acuerdo a la cantidad y potencia de los
equipos instalados.
 Dimensione las protecciones, cables y demás
elementos según las indicaciones del fabricante.

8. Recomendaciones de instalación

9. Dimensionamiento de variadores
Tipo de carga: Torque constante, Torque
variable.

10. Tipos de carga: Torque variable
 El torque variable son aquellas aplicaciones
donde El torque es proporcional usualmente el
cuadrado y la potencia es proporcional al cubo
de la velocidad. Requiere mucho menos torque a
altas velocidades
 Aplicaciones: Bombas centrifugas, ventiladores,
centrífugos, compresores (no todos), generación
energía eólica, HVAC (Heating Ventilation and
Air Conditioning), etc.

11. Tipos de carga: Torque variable

12. Tipos de carga: Torque constante
 Son aquellas aplicaciones donde el torque (fuerza)
que necesita el motor es la misma durante todo el
rango de la frecuencia que se utiliza (hasta frecuencia
nominal) es el mismo.
 Por lo general estas aplicaciones necesitan torque al
inicio de 150% o más dependiendo de la aplicación y
pueden darse torques transitorios en algún
momento.
 Aplicaciones: bandas transportadoras (conveyors),
gruas, ascensores, sistemas con cajas reductoras, etc.

13. Tipos de carga: Torque constante

14. Dimensionamiento de variadores
Tipo y características de motor: Voltaje,
corriente y potencia nominal, factor de
servicio, inverter duty, relación torque
constante, RPM, etc.

15. Placa de identificación
 Potencia nominal en Hp o Kw
 Frecuencia Hz
 Velocidad rpm
 Temperatura ºC
 Corriente nominal
 Tensión nominal
 Factor de potencia cos 
 Tipo de servicio S1
 Aislación Clase f

16. Dimensionamiento de variadores
Rangos de funcionamiento: Velocidades
máximas y mínimas. Verificar necesidad de
ventilación forzada del motor.

17. Comportamiento Tensión-frecuencia-torque

18. Dimensionamiento de variadores
Tipo de control: control escalar, vectorial
sensorless o vectorial de lazo cerrado.

19. Modos de control
Modos de control
Vectorial
Con
retroalimentación
(feedback)
Sin
retroalimentación
(Sensorless)
Voltaje/Frecuencia
Lineal
Cuadrático
Usuario

20. Modo de control: Voltaje / Frecuencia
 Este es el método más común utilizado en aplicaciones de torque constante.

21. Modo de control: Voltaje / Frecuencia
 El torque es constante hasta la frecuencia nominal.
 No se realizan cálculos del modelo del motor.
 En la zona de debilitamiento de campo, el torque decrece a 1/n
mientras que la potencia es constante.
 Por medio de la Vmin (torque boost), en bajas frecuencias, se
incrementa la tensión de motor compensando las perdidas
resistivas del estator incrementando el torque de salida.

22. Modo de control: Cuadrático
 Ideal para aplicaciones
de bombas y
ventiladores.
 Importantes ahorros por
medio de ahorros
energéticos por la curva
de arranque.

23. Modo de control: Vectorial Sensorless
 Torque máximo constante hasta velocidad nominal (180%Tn).
 Torque máximo a partir de 0,5Hz.
 Ajuste previo de los parámetros del motor (Auto tunning).
 Reducción de la carga térmica del motor en bajas vueltas.
 Ideal para aplicaciones con grandes torques de arranque.

24. Modo de control: Vectorial retroalimentado
 Mejoran aún más las características de el control vectorial (control de
velocidad y par)
 La realimentación le permite al variador optimizar el modelo matemático del
motor.
 La desventaja es que se necesita un motor con encoder, en general una
placa de encoder y una instalción inmune al ruido elèctrico.
 Ejemplos: Bobinadores y debobinadores

25. Dimensionamiento de
variadores
 Consideraciones de Frenado : Cargas de gran inercia,
ciclos rápidos y movimientos verticales requieren de
resistencia de frenado exterior.
 Aplicación mono o multimotor: Prever protección
térmica individual para cada motor.
 Consideraciones de la red: Microinterrupciones,
fluctuaciones de tensión, armónicas, factor de
potencia, corriente de línea disponible,
transformadores de aislación.

26. Dimensionamiento de variadores
Consideraciones de Frenado : Cargas de gran
inercia, ciclos rápidos y movimientos
verticales requieren de resistencia de frenado
exterior.

27. Modos de frenado
Tipos más comunes
1. Giro libre
2. Frenado con rampa de desaceleración.
3. Frenado por inyección de C.C.
4. Frenado regenerativo
Giro Libre
En muchas aplicaciones no se requiere ningún tipo de
frenado, por lo cual es recomendable utilizar el giro libre.
En esta forma, cuando se presiona el botón ó se da la
orden de, STOP, el variador corta la alimentación al motor y
la máquina se detiene libremente, según las cargas y la
inercia de la misma.

28. Modos de frenado
Rampa de desaceleración:
Al igual que la rampa de aceleración, tiene que tener en cuenta la
inercia de la carga.
Si la carga tiene elevada inercia y se le programa una rampa de tiempo
muy baja, el variador pasará a modo generador, teniendo que
regenerar energía. Si las resistencias no fueron correctamente
dimensionadas, el equipo saldrá de servicio por sobre elevación de la
tensión en el Bus de C.C. La solución inmediata es prolongar el tiempo
de desaceleración.
Inyección de C.C.
En este caso, al motor se le inyecta una corriente continua a través de
dos fases generando un campo magnético constante. El rotor entonces
es frenado por la fuerza contra electromotriz producida cuando el rotor
corta líneas de campo. Este método no requiere de componentes
externos.

29. Modos de frenado
Frenado regenerativo:
Hay determinadas aplicaciones que requieren de este tipo de
frenado, por ejemplo el caso de el sistema de elevación de carga
de un puente grúa.
Cuando la carga sube, no hay problema.
Una vez que la carga está en su posición
superior, se acciona una freno de seguridad
que permite retener la carga.
El problema ocurre al bajar la carga, cuando el
motor tiende a girar más rápido que la consigna del
variador. Si no se dispone de resistencias de frenado bien dimensionadas
el variador podría salir de servicio por sobretensión, liberando la carga

30. Dimensionamiento de variadores
Aplicación mono o multimotor: Prever
protección térmica individual para cada
motor.

31. Multi motores

32. Multi motores

33. Dimensionamiento de variadores
Consideraciones de la red:
Microinterrupciones, fluctuaciones de
tensión, armónicas, factor de potencia,
corriente de línea disponible,
transformadores de aislación.

34. Familia de variadores LS

35. Método de Control Configurable:
• Escalar
• Vectorial
Capacidad de sobrecarga:
• 150% por 60 segundos
Interfaz de usuario:
• Panel frontal con controles de arranque/parada
• Potenciómetro analógico incorporado.
• Comunicación RS 485.
Entradas / Salidas:
• 5 entradas digitales (NPN ó PNP).
• 2 entradas analógicas (0 a 10VDC, 4 a 20mA).
• 2 salidas digitales ( 1 relé, 1 colector abierto).
• 1 salida analógica multifunción 0-10VDC.
• 1 Salida de alimentación de 24VDC.
iC5
Monofásico 0,4~2,2kW(0,5~3HP), 200~230V

36. ¿Cuándo utilizar un iC5?
 Cuando no se tiene alimentación trifásica.
 Puede trabajar con ambos tipos de cargas(variable/constante)
 Control sencillo de bombas (PI)

37. Modelo compacto: C100
• Hasta 3HP 230VAC Monofásico
• Hasta 10HP 230/460VAC Trifásico
• Cubre necesidades estándares
• Aplicaciones torque constante
• Control PID
• 5 entradas digitales programables
• Monitor análogo de salida

38. ¿Cuándo utilizar un C100?
 Aplicaciones ligeras.
 Poco espacio, sustitución de otra marca en tableros existentes.
 Puede trabajar con ambos tipos de cargas(variable/constante)
 Control sencillo de bombas (PID)

39. Modelos estandar: S100
• Hasta 30HP 230VAC
• Hasta 100HP 460VAC
• Aplicaciones torque constante
• Control PID
• 8 entradas digitales programables
• Comunicación RS485 por defecto
• Métodos de control: V/f control, Vectorial Sensorless
• Frecuencia de salida: 0 ~400Hz (Sensorless: 0~120Hz)
• Pantalla LCD (en modelos de 40HP a 100HP)
• Reactor DC incluido de 40HP a 100HP
• Carcasa: IP20 (UL type1 como opción)
• Frecuencia de portadora: 1 - 5kHz
• Certificaciones globales: CE, UL, cUL, RoHS

40. Torque Mejorado
Torque characteristics

41. Multi Pantalla
•••
Slave 1
Master Slave 2 Slave 2
RS485 communication

42. Maestro - Esclavo
Inbuilt RS485
communication
Master Slave

43. Función de PLC

44. ¿Cuándo utilizar un S100?
 Aplicaciones Pesadas.
 En sistemas interconectados por comunicación.
 Puede trabajar con ambos tipos de cargas(variable/constante)
 Aplicaciones donde se utilicen secuencias para ahorrarse el PLC

45. Modelos HVAC: H100
 Hasta 25HP 230VAC (125HP futuro)
 Hasta 125HP 460VAC (800HP futuro)
 Aplicaciones torque variable (ventilación y bombeo)
 Control PID
 8 entradas digitales programables
 Comunicación RS485 por defecto
 Métodos de control: V/f control, Slip compensación
 Frecuencia de salida: 0 ~400Hz
 Pantalla LCD (especial para HVAC)
 Carcasa: IP20 (UL type1 como opción)
 Frecuencia de portadora: 3kHz
 Certificaciones globales: CE, UL, cUL, RoHS

46. Pantalla
Pantalla modificada para aplicaciones HVAC
Variador con funciones estándar HVAC
- Tecla Hand: operación por teclado
- Tecla Hand + up/down: Cambia la
velocidad
- Teclado Off: Funciona como un stop
- Tecla auto: Operación de acuerdo a los
seteos
H
HAND AUTO
OFF
Initial Power
Push HAND ①
Push AUTO ②

47. Comparación de funciones
Function
LSIS
(H100)
LSIS
(iP5A)
ABB
(ACQ810)
Delta
(CP2000)
Danfoss
(FC200)
Vacon
(100)
RTC ○ - ○ ○ ○ ○
Underload(No Flow, Dry Pump) ○ ○ ○ ○ ○ ○
Pipe Broken ○ ○ - - ○ ○
Flow Compensation ○ - - - ○ ○
Payback Counter ○ - ○ - ○ ○
Fire Mode ○ ○ - ○ - ○
Soft Pipe-Fill ○ - ○ - ○ -
Master Follower ○ - ○ - ○ ○
Pump Clean Function ○ - ○ - ○ -
MMC ○ ○ ○ ○ ○ ○
Check Valve Ramp ○ - - - ○ -
Sleep Boost/Wakeup ○ ○ ○ - ○ ○
USB Connectivity ○ - - - ○ -
Level Detection(Outlet Protection) ○ ○ ○ - ○ ○
Damper/Lubrication ○ ○ ○ - - -
HAND/OFF/AUTO ○ - ○ - ○ -
Regular Bypass ○ ○ ○ - ○ ○

48. Función PID
Un controlador PID (Proporcional Integral Derivativo) es un sistema de
control por retroalimentación que, mediante un actuador, es capaz de
mantener una variable o proceso en un punto deseado dentro del rango de
medición del sensor que la mide.
En otras palabras, El control PID busca
eliminar la diferencia entre el valor de referencia
y el valor medido.

49. Función sleep y wake-up
Utilizada para ahorro de energía cuando el sistema
esta en reposo y evita la necesidad de un presostato.
Cuando la consigna es una vez alcanzada, la
velocidad de la bomba baja. Programe una
frecuencia a velocidad baja de la bomba y un tiempo
de retardo para que el variador entre en modo
stand-by.
El variador inicia su control si la consigna cae un
porcentaje determinado por el usuario.

50. Función multi-motor
 En los sistemas de presión constante, es común contar con bombas
de refuerzo o bombas booster. Estas son utilizadas para elevar la
cantidad de flujo en una tubería y de esa manera compensar la
caída de presión en la misma.
 No todos los variadores tienen esta función, generalmente solo la
tienen variadores dedicados para bombeo.
 El variador siempre controla un solo motor
 Los motores booster son controlador
por señales digitales y arrancador de acuerdo
a su capacidad como el cliente defina.

51. Función master/follower
 Drive líder: Es el variador con la mayor prioridad en un
sistema múltiple en el cual se ejecutará un PID.
 Drive servidor: actuará conjunto con el líder para activar
motores auxiliares dependiendo de su prioridad.

52. Función tubería rota
 Cuando la salida del PID esta en su máxima salida y no logra
alcanzar el valor seteado en porcentaje en PRT-61 después de
ocurrido el tiempo parametrizado en PRT-62. Se detiene y
detecta problemas en la tubería (asume).

53. Función RTC
 Para operaciones repetitivas en la semana con horario predeterminado.
Sunday Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday
00:00
08:00
04:00
12:00
02:00
06:00
10:00
14:00
22:00
18:00
16:00
20:00
24:00
Pre-Heat
Fx
Speed-L
Speed-H
Time Event

54. Modelos Alto desempeño: IS7
 Hasta 150HP 230VAC
 Hasta 500HP 460VAC
 Aplicaciones torque constante y
bombeo/ventalación
 Control PID + Dual PID
 Unidad de freno dinamico integrada
 8 entradas digitales programables
 Comunicación RS485 por defecto

55. Modelos Alto desempeño: IS7
 Ahorrador de energía, especialmente en
aplicaciones de torque variable
 Función para manejar hasta 4 motores
auxiliares arrancador por contactor
 Tarjeta opción ENCODER
 Tarjeta opción PLC para programar cosas
sencillas
 Funciones completas para un segundo
motor
 Opción IP54

56. Funciones adicionales PID
 Pre-PID: Activa la salida hasta una frecuencia
programada y espera alcanzar un valor de FBK, si no lo
alcanza en un tiempo predeterminado entonces
reconoce como tubería rota (Pipe broken).
 Dual-PID: Puede parametrizar 2 PID en cascada o
utilizando un PID dentro del drive para obtenerlo en su
salida analogica

57. MMC: Multiple Motor Control (4 auxiliares)

58. Operación de 2nd Motor
 Trabaja uno a la vez y es controlador por contactores

59. Sistemas de presión constante
 El sistemas trabaja con una bomba sumergible en uno de los pozos de la
embotelladora, por medio del sistema se tiene un ahorro de energía y
mejora el flujo de producción de la empresa.

60. • Maquina Textil: Capacidad 10hp, Modelo iG5A
Se modifico la maquina trenzadora de algodón para optimizar su trabajo
sustituyendo el freno mecánico por un frenado de inyección de CC en
paros de emergencia y rampa de desaceleración en paros programados.
Se logro disminuir costos en mantenimientos.
Proyectos desarrollados

61. • Panificadoras: Capacidades 10 y 15 hp, Modelos iG5A – iS5
Se han modificado las batidoras de la empresa para ahorro de
energía y mejor control de producción ya que tienen un refuerzo de
torque automático y pueden variar la velocidad de ellas para
distintas recetas.
Proyectos desarrollados

62. • Grúa: Capacidad 30hp, Modelo iS7
Se sustituyo un variador dañado de la grúa para el movimiento
vertical, esta grúa se esta utilizando para la construcción de un
puente en el norte del país.
Proyectos desarrollados

63. • Maquina de prensado: Capacidad 15hp, Modelo iS5
La maquina compacta la mezcla en los moldes para realizar
los bloques, se debe de mantener la potencia constante para
que quede uniforme el bloque.
Proyectos desarrollados

64. • Arrastradora de caña: Capacidad 100hp, Modelo iS5
Se transporta la caña desde los camiones hacia los molinos
por cadenas de arrastre que son movidas por un motor de
100hp.
Proyectos desarrollados

65. • Bombas y ventiladores: Capacidad 100hp, Modelo iP5A
Estos están ubicados en la construcción de una presa hidroeléctrica
donde el ambiente de trabajo es severo, por lo cual la vida útil de los
equipos electrónicos se acorta, entre las ventajas de la marca LS
están que sus funciones propias para estas aplicaciones y su diseño
modular que facilita su reparación. En el proyecto están instalados
alrededor de 18 unidades.
Proyectos desarrollados

66.  Bomba Centrifuga: Capacidad 100hp, Modelo H100
Esta controlando una bomba de sumergible en sistema de presión
constante para sistema de riego.
Proyectos desarrollados

67.  Bomba Centrifuga: Capacidad 15hp, Modelo iG5A
Este variador realiza un control de presión constante utilizado para
sistema de purificación de osmosis inversa.
Proyectos desarrollados

68. • Rodillos: Capacidad 3hp, Modelo iG5A
Se han sustituido los reguladores de velocidad mecánicos originales
de las maquinas por variadores de frecuencia disminuyendo costos
de mantenimiento y tener un control de velocidad mas preciso.
Proyectos desarrollados

69. • Molino: Capacidad 60hp, Modelos iS5 - iS7
Se limita el consumo de corriente en el arranque de los motores de
gran capacidad y se obtiene una regulación de la velocidad del motor
dependiendo de la necesidad.
Proyectos desarrollados

70. • Lavadora de cuero: Capacidad 50hp, Modelos iS7
Las lavadoras tienen un ciclo de el cual consiste en girar un tiempo
hacia delante y luego cambiar el sentido de giro, el ciclo dura 45 min.
Proyectos desarrollados

71. • Grúa: Capacidad 100hp, Modelo iP5A
Se daño el variador que controla el movimiento horizontal de la grúa
del barco y se tuvo que realizar el cambio de emergencia, no hubo
problema al utilizar el modelo iP5A dimensionado para trabajar
como carga constante en esta aplicación.
Proyectos desarrollados

72. • Control de Bombas: Capacidad 20hp, Modelos H100
Control PID con función de Multi Master para alternancia de bombas
Proyectos desarrollados

73. • Extrusoras: capacidad 100hp, Modelo iP5A
Entre sus ventajas esta la eliminación de los picos de corriente en el
arranque por medio de la rampa de aceleración, como también la
regulación de velocidad del motor.
Proyectos desarrollados