El documento discute los conceptos básicos detrás de la variación de velocidad de motores eléctricos, incluyendo la relación entre el número de polos y la velocidad, los métodos para variar la velocidad, y los componentes y funciones de un convertidor de frecuencia. También describe conceptos como la modulación por ancho de pulso y el control vectorial sin sensores para controlar con precisión la velocidad y el par del motor.

1. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Velocidad y números de polos
2
1
3
2
1
3
• 2 polos = 3000 rev/min
• 4 polos = 1500 rev/min
• 6 polos = 1000 rev/min
• 8 polos = 750 rev/min

2. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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Velocidad
Par motor y par de carga
Bombas y
ventiladores
Par constante
Par
Par motor

3. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Métodos para variar la velocidad
• Modificación del número de polos
• Añadir resistencias al rotor
• Modificación de la tensión
• Modificación de la frecuencia
2
1
3
2
1
3

4. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
0 25 50 75 100
Par
Flujo, Tensión
Debilitamiento de campo en los motores
Hz
30%
M
V

5. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Modo de trabajo del convertidor
1.0
2.0
2.5
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Flujo constante
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
Debilitamiento de campo
Par máximo
Par nominal
U/f = cte
hasta 50 Hz

6. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Esquema de la Tarjeta de potencia
Rectificador DC Inversor
3 AC
C
+
-
C
Circuito de control y regulación

7. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Modulación por ancho de pulso
0V
Tiempo
Tensión
Intensidad

8. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Funcionamiento de un convertidor
M
Convertidor
Rectificador Ondulador
Motor
Circuito Intermedio:
Condensadores cargados con la tensión
de alimentación rectificada
Approx. 1.35 x 400V = 540V
Alimentación:
ej. 3 AC, 400V
Variación de la relación V/f

9. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Rectificador
Circuito de
pre-carga
Rectificador de
diodos
no controlado
• Robustez
• Sin posibilidad de devolución de energía a la
red.
• Recomendado para utlizarse en
accionamientos de 1 cuadrante con sólo unas
pocas maniobras de frenado.
• La energía generada en el proceso de frenado
se puede eliminar con una resistencia de
frenado.
• Los condesadores necesitan precarga con
resistencias cuando se usa un puente
rectificador de diodos (corriente interna inicial)
Resistencia de
frenado
(opcional)
VDC
Tensión en el circuito intermedio:

10. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
PWM (Pulse Width Modulation) - Convertidores
VDC
M
Motor
M
Motor
1. Ambos transistores están cerrados.
Toda la tensión del circuito
intermedio se aplica a 2 de las fases
del motor. La corriente aumenta.
2. Uno de los transistores está
cerrado. La inductancia que
presenta el motor hace que la
corriente circule a través del diodo
de recuperación. La corriente cae
levemente.
VDC
VDC
Tensión en el circuito intermedio: Tensión de salida:
Valor medio de la tensión de salida: Corriente de salida:
VA
VA IA

11. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
PWM (Pulse Width Modulation) - Corriente de Salida
VDC M
Motor
= Tensión
= Corriente
Fase U
Fase V
Fase W
Punto de referencia
para las mediciones
Mediante la variación constante de
la modulación por ancho de pulso
se puede obtener una onda cuyo
valor medio es prácticamente una
onda senoidal:
t
t
t

12. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Efecto de los cables largos en la corriente de salida
M
V
t
Modulación por ancho de pulso de la tensión de salida
I
t
Valor medio de la corriente a la salida del convertidor
M
Diagrama del circuito equivalente de un
convertidor-motor con cables largos.
Los condensadores se cargan a medida
que aumenta la tensión de salida. La
carga y la descarga de los
condesadores da lugar a un aumento de
la corriente de salida.

13. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Componentes y Opciones
M
MICRO
MASTER
Motor
Control de lazo cerrado
Panel operador
Opm2
Módulo
PROFIBUS CB15
Opción:
Resistencia de frenado
Alimentación
Seccionador,
fusibles Contactor principal
Si es necesario
Opción:
Bobinas de conmutación o filtros
Opción:
Bobinas de salida o filtros dV/dt
Consulte el catálogo DA64 para la máx.
long. de cable
Estándard:
Interfase serie protocolo USS,
entradas/salidas analógicas y digitales
Opción:
Para montar el panel Opm2 sobre la
puerta del armario la distancia máx.
no debe superar los 3m
Cables al Motor

14. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Transistores Insulated Gate Bipolar - IGBt
Tensión
Intensidad
1 s
Pérdidas de
conmutación
Conmutación ON Conmutación OFF
Los IGBT son conmutadores electrónicos robustos, eficiente y relativamente rápidos

15. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Características de protección más importantes
• Protección cortocircuitos (fase-fase y fase-tierra)
• Limitación de intensidad
• I2
t protección del motor
• PTC desde el motor
• Sobretemperatura en el convertidor
• Sub/Sobretensión en el convertidor

16. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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Compatibilidad electromagnética (EMC)
• Especificaciones de inmunidad
• Especificaciones de emisión

17. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Otras aplicaciones
• Precisión de velocidad
• Tiempo de arranque
• Precisión de parada
• Periodos de frenado
• Velocidades/Ventilación forzada
Elección del convertidor
Aplicaciones simples
•Potencia del motor
•Tensión de alimentación
•Tipo de carga
•Funcionamiento

18. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Control de la Corriente de Flujo -Flux Current Control (FCC)
Icarga
Iflujo
Itotal
Si la tensión del motor es conocida, se puede diferenciar entre
intensidad de carga (parte real) e intensidad de flujo (parte
imaginaria). La parte de Flujo puede ser controlada y optimiza
el flujo para todas las condiciones.
Esto es lo que se denomina (FCC). Realmente, este tipo de
control no es tan efectivo como el control vectorial (control
completo del vector intensidad), que tiene en cuenta también la
posición del rotor.

19. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
El “Sensorless Vector Control” (Control vectorial sin sensores) predice la posición
del rotor del motor mediante un modelo matemático del motor.
Para conseguir este propósito el convertidor debe:
• Conocer la tensión y la intensidad de salida de forma precisa.
• Conocer los parámetros del motor (Resistencia de rotor y estator, reactancias de
pérdida, etc.)
• Conocer el comportamiento anterior del motor, o sea, la carga anterior, etc. para
predecir la temperatura del motor.
• Ser capaz de hacer cálculos rápidamente.
A velocidades bajas es muy difícil predecir las propiedades del motor y la posición
del rotor.
Sensorless Vector Control?

20. Jornadas Técnicas TIA 2001 Título del fichero 03/01
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s
Refrigeración del MICROMASTER
Ventilador de
refrigeración
Base
Placa de potencia
El mayor flujo de aire de
refrigeración se aplica
directamente en la base
Parte del flujo de aire
se aplica a los
condensadores y la
placa de electrónica
A pesar de las mejoras en el diseño de la refrigeración, no se puede trabajar a plena carga
con temperaturas ambiente mayores de 50º C.