CONVERTIDORES DE FRECUENCIA, CONTROLADORES DE MOTORES Y SSR

ESTE LIBRO TRATA DE LOS CONVERTIDORES DE FRECUENCIAS O VARIADORES DE VELOCIDAD DE MOTORES DE C.A.
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Introducción



Desde que los motores eléctricos se empezaron a utilizar en la industria, no se ha parado de innovar y estudiar nuevas técnicas de maniobra, control y protección de dichos motores.

Para la maniobra se utilizaron interruptores manuales, posteriormente se han utilizado contactores que ya cuentan varias generaciones.

Uno de los objetivos que pretendía el control del motor eléctrico, era desplazar el motor de corriente continua, que durante años se ha utilizado por su relativa facilidad para variar la velocidad, aunque tenían muchos inconvenientes, como son las chispas en las escobillas que dañan el colector, y utilizar el clásico motor de corriente alterna por sus innumerables ventajas, la dificultad de emplear estos era el gran problema técnico que surgía al tener que modificar la frecuencia para variar la velocidad, con la aparición de nuevos componentes electrónicos esta dificultad queda subsanada y el empleo de convertidores de frecuencia está, afortunadamente, tan generalizado que ha dejado de ser novedad encontrar en ferias profesionales y en revistas técnicas a fabricantes de estos dispositivos de variación de velocidad electrónicos, llegando a tal grado de sofisticación que han desplazado a los motores de corriente continua existentes en la industria, sumando a las características técnicas el bajo costo que han llegado a alcanzar y que lo hacen asequible a cualquier empresa por pequeña y modesta que esta sea, por ello, la industria demanda unos técnicos con una formación cada vez más especializada y no tan general como hasta hoy se ha venido desarrollando.
Mención especial se tiene que hacer de los Controladores de Motores, llamados también Arrancadores Estáticos ó Arrancadores Suaves.

Estos Controladores, permiten arrancar y parar el motor de una manera progresiva, en los últimos años han ido desplazando a los clásicos arrancadores, que utilizan contactores, debido a las múltiples ventajas que presentan frente a estos.

Un capitulo se dedica a los Relés de Estado Sólido, SSR, porque desde que aparecieron las primeras publicaciones de los semiconductores de potencia hasta ahora han transcurrido algunos años, estos han evolucionado de una manera extraordinaria, hasta el punto que han conseguido ser más económicos y tener nuevas aplicaciones.

Entre las nuevas aplicaciones de los semiconductores de potencia están los relé de estáticos, tanto monofasicos como trifasicos que están desplazando, con innumerables ventajas a los clásicos relés electromagnéticos y a los contactores, especialmente en las aplicaciones donde el uso de estos elementos no pueden llegar.

Índice



INTRODUCCIÓN
1


1. VARIADORES DE VELOCIDAD DE MOTORES DE
CORRIENTE ALTERNA ...............................................

3
¿ Que es y para que vale un Convertidor de Frecuencia ? .
4
Convertidores de Frecuencia Rotativos ............................
5
Regulación de la Velocidad de un Motor de Rotor
Bobinado .........................................................................

7
Convertidores de Frecuencia Rotativos con Frecuencia
de Salida Fija ....................................................................

9
Funcionamiento ...............................................................
11
Ventajas de los Convertidores de Frecuencia Electrónicos .
12
Principio de Funcionamiento de los Convertidores de F. ...
14


2. CONCEPTOS GENERALES DE MAQUINAS
ELÉCTRICAS .................................................................

21
Consideraciones Previas ....................................................
21
Par Máximo de Motor .......................................................
23
Par de Arranque de un Motor ...........................................
23
Par Nominal de un Motor .................................................
23
Trabajo Mecánico .............................................................
23
Potencia ...........................................................................
24
Potencia de un Motor .......................................................
25
Relación entre la Potencia y el Par Motor .........................
26
Par de Aceleración ...........................................................
28
Rendimiento de un Motor .................................................
30
Recorrido de la Potencia en un Motor de Inducción ..........
32
Reductores Mecánicos ......................................................
32
Velocidad de salida en el eje del reductor ..........................
33
Par desarrollado en el motor .............................................
34
Par desarrollado en el eje del reductor ...............................
34
Motor de inducción asincrono trifasico ..............................
36
Deslizamiento absoluto .....................................................
38
Deslizamiento relativo ......................................................
38
Marcha de un motor de inducción asincrono .....................
39
Periodo de arranque ..........................................................
40
Periodo de aceleración ......................................................
40
Par motor de un motor con Convertidor de Frecuencia ......

3. PRINCIPALES PARÁMETROS CONFIGURABLES .....
40

43
Consola de Programación ................................................
43
Teclas más Utilizadas ......................................................
43
Parámetros Ajustables .....................................................
48
Frecuencia Mínima .........................................................
48
Frecuencia Máxima .........................................................
51
Parada de un Convertidor ................................................
53
Tiempo de Frenado .........................................................
53
Marcha Libre ..................................................................
53
Desaceleración de Frecuencia ..........................................
54
Inyección de C.C. ............................................................
54
Motor Libre a la Parada con Temporizador ....................
56
Resistencia de Frenado .....................................................
56
Funcionamiento del Divisor de Tensión ............................
58
Tiempo de Inyeción de C.C. al Arranque ...........................
60
Tiempo de Aceleración .....................................................
62
Contraseña de Entrada en Parámetros ...............................
62
Visualizador .....................................................................
63
Ahorro Energético ............................................................
63
Intensidad Máxima ............................................................
65
Intensidad Permanente ......................................................
66
Refuerzo del Par de Arranque ...........................................
66
Refuerzo Dependiente de la Carga ....................................
67
Refuerzo Fijo o Estático ...................................................
67
Compensación del Deslizamiento ......................................
67
Resonancia .......................................................................
68
Punto de Inflexión de la Frecuencia ...................................
68
Curvas Tensión/Frecuencia ...............................................
69
Curvas S , Características de Aceleración y Desaceleración
73
Variación de la Frecuencia de la Tensión Simultáneamente
73
Compensación Automática del Par ....................................
73
Control Vectorial ..............................................................
74
Control PID .....................................................................
76


4. ENTRADAS .....................................................................
85
Conexiones de Potencia de Entrada ...................................
85
Conexiones de Mando en un Convertidor Analógico .........
86
Marcha con Mantenimiento ...............................................
87
Conexiones de Protección .................................................
89
Protección del Motor ........................................................
90
Sonda Térmica ................................ .................................
90
Funciones de Protección ...................................................
92
Tensión Baja ................................ ....................................
92
Sobretensión ................................ .. .................................
92
Sobrecarga ................................ .......................................
93
Valores de Referencia .......................................................
93
Potenciometro ................................ .................................
93
Preselección de Frecuencia ................................................
94
Preselección de Par ...........................................................
94
Fuente de Tensión Externa ................................................
95
Maneras de Controlar un Convertidor Digital ....................
96
Secuencia a Tres Hilos ......................................................
97
Entradas Multifunción .......................................................
100
Entrada UP/DOWN ..........................................................
104
Entrada/Salida con Función Temporizador ........................
106
Función Autotuning ..........................................................
106


5. SALIDAS ........................................................................
109
Conexiones de Potencia de Salida .....................................
109
Conexiones de Mando de Salida ........................................
110
Salidas en los Convertidores de Frecuencia Analógicos .....
110
Relé de Salida ...................................................................
110
Salida Excitadora ................................ .............................
112
Salida Multifunción a Transistor .......................................
113
Salida Analógica ................................ ..............................
114
Desplazamiento de la Señal Analógica ...............................
116
Desviación de la Referencia de Entrada .............................
116
Ejemplo Nº 1 ................................ ..................................
118
Ejemplo Nº2 ................................ ....................................
119
Valor Actual de Frecuencia ......... ....................................
121
Valor Actual de Carga ......................................................
122

6. ELEGIR UN CONVERTIDOR .......................................
123
Medida del Aislamiento del Motor ....................................
125
Precauciones al Instalar un Convertidor de Frecuencia ......
126
Interferencias ................................ ...................................
127
Compatibilidad Electromagnética ......................................
129
Reactancia de Corriente Continua .....................................
130
Ferritas de Salida ................................ .............................
130
Motores con Convertidor de Frecuencia Incorporado ........
132


7. CONTROLADORES DE MOTORES .............................
137
Arrancadores Suaves ................................ .......................
137
Ventajas con Respecto a otros Sistemas de Arranque .......
138
Funcionamiento ................................ ...............................
138
Ajustes ................................ ............................................
139
Rampa de Arranque ( Ramp. Up ) .....................................
140
Rampa de Parada ( Ramp. Dow ) .....................................
141
Regulación del Par ( Star Torque ) ...................................
142
Indicadores en los Arrancadores Suaves ...........................
144
Esquemas de Conexión ....................................................
144
Arranque suave por Conexión de la Tensión de Red .........
145
Arranque Suave por Conexión de la Tensión de Control ...
145
Arranque Suave y Parada Suave del Motor .......................
146
Arranque Suave con Función de Marcha y Parada
(Función Biestable ) .........................................................

146
Arrancador Suave con Mando a Corriente Alterna ...........
147


8. TRIAC ................................ ...........................................
149
Funcionamiento ................................................................
150
Control del Ángulo de Fase ...............................................
152
Diac ................................ ................................................
153
Regulación de una Carga con Triac ...................................
153
Regulación de Velocidad de un Motor Universal ...............
155
Arranque y Variación de Velocidad de un Motor de C.C.
con Excitación Independiente ...........................................

155
Interruptor en C.A. con Triac ...........................................
157
Interruptor en C.A. Gobernado por C.C. con Triac ...........
158

9. RELÉS ESTÁTICOS .....................................................
161
¿ Que es ? ................................ ........................................
161
¿ Para que se utiliza ? ................................ .......................
161
Circuitos ..........................................................................
162
Ventajas ................................ ..........................................
162
Aplicaciones ................................ ....................................
164
Tipos de relés estáticos ................................ ....................
164


10.RELÉS ESTÁTICOS MONOFASICOS ........................
165
Circuito de Salida .................... .................... ..................
165
Transistor .................... .................... ..............................
165
Triac .................... .................... .....................................
166
Tiristores en Antiparalelo .................... ...........................
166
Puente de Diodos con Tiristor .................... ....................
167
Alternistor .................... .................... .............................
168
Tensiones Normalizadas en el Circuito de Control ............
169
Tensiones Normalizadas en el Circuito de Potencia ...........
169
Tipos de Conmutación .................... .................... ............
169
Conmutación Instantánea .................... .............................
170
Conmutación a Paso por Cero .................... ......................
170
Conmutación a Pico de Tensión .................... ...................
171
Conmutación a Tensión Continua .................... ................
173
Conmutación con Control Analógico de Entrada ...............
173
Conexión de los Relés Estáticos .................... ...................
174
Precauciones al Utilizar un Relé Estático ...........................
175
Comprobación del Estado de un SSR Analógico ...............
176


11.CONTACTORES ESTÁTICOS DE POTENCIA ..........
179
Contactor Estático ..........................................................
180
Contactor Estático Monofasico .................... ..................
180
Aplicaciones Especificas de los Relés Estáticos ...............
182


12.RELÉS ESTÁTICOS TRIFASICOS ..............................
187
Constitución .................... .................... .........................
187
Tensiones más Usuales en el Circuito de Control .............
191
Tensiones Utilizadas en el Circuito de Potencia ...............
191
Protecciones ...................................................................
191
Protecciones del motor
191
Protecciones del relé térmico
193
Elección de un relé estático en función de la aplicación
193
Refrigeradores de Calor
194