Practica 4 Variador De Frecuencia 431v1e
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Práctica #4: VARIADOR DE FRECUENCIA Freddy Sinchi, [email protected] Electrónica de Potencia II
Abstract—This paper takes practice inverter where the main function is to vary the frequency of the engine and therefore the engine suministar voltage also varies. In practice, graphs were taken of the behavior of the voltage and current at different frequencies on which it is operating Index —Frecuencia , motor, PWM
95%
de motores eléctricos de inducción; los hay de c.c. (variación de la tensión), y de c.a. (variación de la frecuencia); los más utilizados son los de motor trifásico de inducción y rotor sin bobinar (jaula de ardilla). También suele denominarse inversores (inverter) o variadores de velocidad. [3]
I. INTRODUCCION Un variador de frecuencia se conecta entre la red y el motor. Su tarea consiste en transformar una tensión fija con frecuencia constante en una tensión variable con frecuencia variable. De este modo es posible cambiar de forma continua la velocidad un motor asíncrono. De un motor estándar con una bobina resulta un sistema de accionamiento de velocidad variable el cual se obtiene mediante la modificación de la tensión y de la frecuencia de salida de un variador de frecuencia es posible regular de forma continua las revoluciones del motor conectado
Figure 1. Diagrama de un variador de frecuencia.[1]
II. OBJETIVOS A. Objetivos General Verificar y Comprobar el funcionamiento de un Variador de Frecuencia B. Objetivos Específicos • • •
Usar el variador de Frecuencia con un Motor 3F aplicancole carga Realizar mediciones de Voltaje y Corriente en distintos valores de Frecuencia de (10 a 50) HZ Realizar y comparar las simulaciones de voltaje y corriente en Matlab
Figure 2. variador de velocidad[1]
III. MARCO TEORICO Es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frecuencia son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, microdrivers o inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia).Se trata de dispositivos electrónicos, que permiten el control completo
Sobre-velocidad: el variador puede proporcionar frecuencias de salida superiores a la de trabajo del motor, lo que le hace girar a mayor velocidad que la nominal. La curva de par, para velocidad de trabajo mayor de la nominal, disminuye, de manera que con velocidad doble (200%) el par cae a la mitad del nominal. La sobre velocidad es útil en aplicaciones que no requieren mucho par, como por ejemplo sierras de disco, pero si altas velocidades. En estos casos es importante tener en cuenta las características de par y temperatura de trabajo del motor.[3]
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Figure 3. curva respecto a la temperatura y el par.[2]
El variador produce tres fases de salida, mediante “troceado” de la contínua; para eso se usan transistores o dispositivos de potencia que actuando como interruptores, generan las señales de salida, con valores de tensión y frecuencia variables, según la regulación:
para motores sincrónicos únicamente y a la frecuencia de 50 Hz. Dependiendo de la ubicación geográfica funciona en 50Hz o 60Hz. [4] En los motores asíncronos las revoluciones por minuto son ligeramente menores por el propio asincronismo que indica su nombre. En estos se produce un desfase mínimo entre la velocidad de rotación (RPM) del rotor (velocidad "real" o "de salida") comparativamente con la cantidad de RPM’s del campo magnético (las cuales si deberían cumplir la ecuación arriba mencionada tanto en Motores síncronos como en motores asíncronos ) debido a que sólo es atraído por el campo magnético exterior que lo aventaja siempre en velocidad (de lo contrario el motor dejaría de girar en los momentos en los que alcanzase al campo magnético). [4] Un Variador (VFD) : Los variadores de frecuencia son sistema utilizados para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna. Un variador de frecuencia son vertientes de un variador de velocidad, ya que llevan un control de frecuencia de alimentación, la cual se suministra por un motor. Otra forma en que son conocidos los variadores de frecuencia son como Drivers ya sea de frecuencia ajustable (ADF) o de CA, VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia), micro drivers o inversores; esto depende en gran parte del voltaje que se maneje. Es un dispositivo o sistema para el control de la velocidad para motores de inducción de CA, el cual se alimenta con un voltaje y una frecuencia constantes, y entrega al motor un voltaje y frecuencia variables. [5]
Figure 4. Señal de salida tipo PWM (modulación de la anchura de pulso).[2]
Los diferentes pulsos de la salida, son fragmentos de onda rectangular, (con valores positivos y negativos respecto al eje), generan una señal equivalente o tensión eficaz, de forma senoidal; análogamente la intensidad eficaz es casi senoidal. Las frecuencias del troceado se pueden ajustar, para reducir ruidos e interferencias producidas por motor y variador. Las casas comerciales suministran, como opción, filtros que pueden instalarse entre en variador y la red de suministro, para evitar que las señales de ruido puedan salir a la red y afecten a otros aparatos. [3] Principio de funcionamiento. : Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna (CA) está determinada por la frecuencia de CA suministrada y el número de polos en el estátor, de acuerdo con la relación: RP M =
120 • f p
Donde RPM = Revoluciones por minuto f = frecuencia de suministro CA (Hercio) p = Número de polos Las cantidades de polos más frecuentemente utilizadas en motores síncronos o en Motor asíncrono son 2, 4, 6 y 8 polos que, siguiendo la ecuación citada, resultarían en 3000 RPM, 1500 RPM, 1000 RPM y 750 RPM respectivamente
Figure 5. Circuito principal [3]
Funcionamiento: : Se alimenta al equipo con un voltaje de corriente alterna (CA), el equipo primero convierte la CA en corriente directa (CD), por medio de un puente rectificador (diodos o SCR´s), este voltaje es filtrado por un banco de capacitores interno, con el fin de suavizar el voltaje rectificado y reducir la emisión de variaciones en la señal; posteriormente en la etapa de inversión, la cual está compuesta por transistores (IGBT), que encienden y apagan en determinada secuencia (enviando pulsos) para generar una forma de onda cuadrada de voltaje de CD a un frecuencia constante, y su valor promedio tiene la forma de onda senoidal de la frecuencia que se aplica al motor.[5] El proceso de conmutación de los transistores es llamado PWM "Pulse WidthModulation" Modulación por ancho de pulso.
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motor como en la entrada de la alimentacion del variador . A continuacion se observara las graficas que estan aplicadas carga En la figura 7 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 6. curva de salida del variador de frecuencia.[3]
Al tener control en la frecuencia de la onda de corriente podemos también controlar la velocidad del motor de acuerdo a la siguiente fórmula: [6] Nm =
120 • f (1 − s) P
Donde: Nm = velocidad mecánica (rpm) f = frecuencia de alimentación (Hz) s = deslizamiento (adimensional) P = número de polos. IV. EQUIPOS Y MATERIALES • • • • • • •
1Motor 3F 1 Variador de Frecuencia Cables Multímetro Osciloscopio Fuente Trifasica Sondas de Corriente y Voltaje V. DESARROLLO DE LA PRACTICA
Figure 7. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 8 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
DESARROLLO La practica se desarrollo teniendo en cuenta que es un variador de frecuencia las aplicaciones y sobretodo que obtenemos o beneficio encontramos usando el variador. Lo primero que se llego hacer es conectar el variador de frecuencia aplicandole carga ,nuestra carga fue contraer el torque del motor aplicandole una fuerza contraria al sentido de giro del motor que en nuestro caso fue utilizando la mano para contraer el giro, ahora mencionado anteriormente se procedio a darle valores diferentes de frecuencia en el cual va a estar funcionando el motor y se tomo datos a los siguientes parametros: • Medicion de voltajes y corrientes para observar el comportamiento de cada una de ellas tanto en vacio y con carga • Medicion del THD del motor tanto en vacio y con carga • Medicion del THD en la entrada de la alimentacion del Variador de Frecuencia • Uso del Fluke 1735 para la medicion del THD y las Potencias tanto de salida como en la entrada
Figure 8. Forma de onda del voltaje. medido en un motor
A. Fecuencia 10Hz: Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 10 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del
En la figura 9 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
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A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 10 HZ En la figura 12 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 9. Forma de onda de la corriente.
En la figura 10 se observan los armónicos de voltaje con carga.
Figure 12. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 13 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 10. Armónicos de voltaje con carga.
En la figura 11 se observa las potencias aplicandole carga.
Figure 13. Forma de onda del voltaje.
Figure 11. Potencias en la Carga de Motor
En la figura 14 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
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B. Fecuencia 20Hz:
A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 20 HZ En la figura 17 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 14. Forma de onda de la corriente.
En la figura 15 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 17. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 18 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 15. Armónicos de voltaje sin carga.
En la figura 16 se observan las potencias sin carga en el motor .
Figure 18. Forma de onda del voltaje.
Figure 16. Poencias sin carga del Motor
En la figura 19 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
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de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 20 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del motor como en la entrada de la alimentacion del variador En la figura 22 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 19. Forma de onda de la corriente.
En la figura 20 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 22. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 23 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
Figure 20. Armónicos de voltaje sin carga.
En la figura 21 se observan las potencias sin carga en el motor .
Figure 23. Forma de onda del voltaje.
Figure 21. Poencias sin carga del Motor
Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas
En la figura 24 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
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C. Fecuencia 30Hz:
A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 30 HZ En la figura 27 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 24. Forma de onda de la corriente.
En la figura 25 se observan los armónicos de voltaje con Carga.
Figure 27. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 28 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 25. Armónicos de voltaje.
En la figura 26 se observan las Potencia con cargas.
Figure 28. Forma de onda del voltaje.
Figure 26. Potencias En la Carga del Motor.
En la figura 29 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
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Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 30 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del motor como en la entrada de la alimentacion del variador En la figura 32 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 29. Forma de onda de la corriente.
En la figura 30 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 32. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 33 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
Figure 30. Armónicos de voltaje sin carga.
En la figura 31 se observan las potencias sin carga en el motor .
Figure 33. Forma de onda del voltaje.
Figure 31. Poencias sin carga del Motor
En la figura 34 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
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D. Fecuencia 40Hz:
A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 40 HZ En la figura 37 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 34. Forma de onda de la corriente.
En la figura 35 se observan los armónicos de voltaje con Carga.
Figure 37. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 38 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 35. Armónicos de voltaje aplicado carga.
En la figura 36 se observan las potencias aplicandole carga .
Figure 38. Forma de onda del voltaje.
Figure 36. Poencias en la Carga .
En la figura 39 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
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Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 40 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del motor como en la entrada de la alimentacion del variador En la figura 42 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 39. Forma de onda de la corriente.
En la figura 40 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 42. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 43 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
Figure 40. Armónicos de voltaje.
En la figura 41 se observan las potencias sin carga en el motor.
Figure 43. Forma de onda del voltaje.
Figure 41. Poencias sin carga en el Motor
En la figura 44 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
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E. Fecuencia 50Hz:
A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 50 HZ En la figura 47 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 44. Forma de onda de la corriente.
En la figura 45 se observan los armónicos de voltaje.
Figure 47. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 48 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 45. Armónicos de voltaje.
En la figura 46 se observan las potencias con carga en el motor
Figure 48. Forma de onda del voltaje.
Figure 46. Poencias en la Carga.
En la figura 49 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
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Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 50 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del motor como en la entrada de la alimentacion del variador En la figura 52 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 49. Forma de onda de la corriente.
En la figura 50 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 52. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 53 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
Figure 50. Armónicos de voltaje sin carga.
En la figura 51 se observan las potencias sin carga en el motor .
Figure 53. Forma de onda del voltaje.
Figure 51. Poencias sin carga del Motor
En la figura 54 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
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ANALISIS DE RESULTADOS Como se pudo ver en el desarrollo de la práctica, se realizó mediciones variando las frecuencia de 10 HZ a 50 HZ en la cual se observo el comportamiento de las ondas de corriente y voltaje en la salida del motor y en el ingreso del variador con esto se concluye que la practica se realizo de una manera satisfactoria en las que nos muestra el uso del porque se usa un variador y cual es su principal objetivo de usar dicho instrumento en el medio de la electronica lo cual nos dice que es para evitar el arranque brusco de los motores en la que la etapa transisoria del motor la corriente es de 5 a 6 veces al valor nominal dependiendo del motor que se usa. VI. CONCLUSIONES •
Figure 54. Forma de onda de la corriente.
En la figura 55 se observan los armónicos de voltaje.
•
•
Figure 55. Armónicos de voltaje. •
En la figura 56 se observan las potencias aplicandole cargas .
En la práctica se pudo observar como la corriente tiende a aumentar al momento de colocarle una carga, lo que nos indica que el motor para compensar el esfuerzo que realiza, tiende a aumentar el consumo de corriente,recompensando de esta manera el desvalance que sufre, pero que a su vez tiende a afectar la calidad de energía de la red, sin embargo, gracias al uso del variador de frecuencia, podemos compensar este daño a la calidad de energía, pues uno de los objetivos de estos variadores es eliminar la mayor parte de armónicos impares que puedan aparecer en la red debido al uso de cargas como motores y otros más. Además se pudo comprobar como al variar la frecuencia del variador, este controlaba la velocidad del motor y no solo se podia controlar esto, si no que también nos daba la facilidad de poder aumentar o disminuir el torque del motor, lo que nos ayudo para poder verificar lo que sucedia con la corriente y voltaje al momento de ponerle una carga. A medida que vamos subiendo la frecuencia se observa en las graficas que se disminuye el THDvoltaje ya que al llegar a la frecuencia nominal que trabaja el motor llegara a los THD de voltaje establecidos El Variador de frecuencia cumple con las normas permitidas ya que tiene un THDVoltaje menor al 5% en la entrada del sistema de alimentacion de variador lo cual es un equipo eficiente para la ayuda del arranque de los motores de induccion R EFERENCIAS
[1] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:VFD_System.png [2] Variadores-de-frecuencia-reguladores-de-velocidad-otra-de-alternativapara-el-ahorro-energetico [3] http://todoproductividad.blogspot.com/2012/06/tutorial-sobre-variadoresde-frecuencia_06.html [4] ingenieros.es/files/proyectos/Variadores_de_frecuencia.pdf [5] schneiderelectric.es/sites/spain/es/inicio.page.pdf [6] siemens.com/spain/web/es/industry/drive_tech/variadores/pages/variadores.aspx [7] ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-cfw-09-convertidores-de-frecuencia1033-catalogo-espanol.pdf
VII. BIOGRAFÍAS Figure 56. Poencias en la Carga del Motor
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Freddy Mauricio Sinchi Sinchi Nació en CuencaEcuador, en 1992. Recibió el Título de Físico Matemático en el colegio César Dávila Andrade. Actualmente estudiando Ingeniería Electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana de la ciudad de Cuenca.
Jonnathan Patricio Uguña Minchala Nació en Cuenca - Ecuador, en 1991. Recibió el Título de Bachiller Técnico Industrial especializ ación en Instalaciones Eléctricas y Mantenimiento de Máquinas Eléctricas en el Colegio Nacional Técnico Daniel Córdova Toral en el 2009. Actualmente realiza sus estudios para Ingeniero Eléctrico en la Universidad Politécnica Salesiana.
Juan Javier Pillo Criollo Nació en Cuenca Ecuador, el 17 de octubre de 1991, recibió el Título de Bachiller en ”Instalaciones , Equipos y Maquinas Electricas ” en el Intituto Tecnico Superior Salesiano, de la cuidad de Cuenca, actualmente Estudiante de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Politécnica Salesiana de la ciudad de Cuenca.
Luis Felipe Quevedo Avila Nació en Azogues - Ecuador, el 20 de Agosto de 1991, recibió el Título de Bachiller en ”Fisico Matematico” en el Intituto Tecnico Superior y Colegio Experimental Juan Bautista Vazquez, de la cuidad de Azogues, actualmente Estudiante de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Politécnica Salesiana de la ciudad de Cuenca.
Alexis Francisco Pucha Guayllazaca Nacio en Pasaje-Ecuador, Provincia del ORO, en 1989. Recibió el Título de Bachiller Eléctrico en el Instituto Superior Tecnológico Dr. José Ochoa León en el año del 2008, sus estudios superiores los realiza en la Universidad Politécnica Salesiana con la especialidad de Ing. Eléctrica y pronto prestar servicio a la ciudadanía.
Práctica #4: VARIADOR DE FRECUENCIA Freddy Sinchi, [email protected] Electrónica de Potencia II
Abstract—This paper takes practice inverter where the main function is to vary the frequency of the engine and therefore the engine suministar voltage also varies. In practice, graphs were taken of the behavior of the voltage and current at different frequencies on which it is operating Index —Frecuencia , motor, PWM
95%
de motores eléctricos de inducción; los hay de c.c. (variación de la tensión), y de c.a. (variación de la frecuencia); los más utilizados son los de motor trifásico de inducción y rotor sin bobinar (jaula de ardilla). También suele denominarse inversores (inverter) o variadores de velocidad. [3]
I. INTRODUCCION Un variador de frecuencia se conecta entre la red y el motor. Su tarea consiste en transformar una tensión fija con frecuencia constante en una tensión variable con frecuencia variable. De este modo es posible cambiar de forma continua la velocidad un motor asíncrono. De un motor estándar con una bobina resulta un sistema de accionamiento de velocidad variable el cual se obtiene mediante la modificación de la tensión y de la frecuencia de salida de un variador de frecuencia es posible regular de forma continua las revoluciones del motor conectado
Figure 1. Diagrama de un variador de frecuencia.[1]
II. OBJETIVOS A. Objetivos General Verificar y Comprobar el funcionamiento de un Variador de Frecuencia B. Objetivos Específicos • • •
Usar el variador de Frecuencia con un Motor 3F aplicancole carga Realizar mediciones de Voltaje y Corriente en distintos valores de Frecuencia de (10 a 50) HZ Realizar y comparar las simulaciones de voltaje y corriente en Matlab
Figure 2. variador de velocidad[1]
III. MARCO TEORICO Es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frecuencia son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, microdrivers o inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia).Se trata de dispositivos electrónicos, que permiten el control completo
Sobre-velocidad: el variador puede proporcionar frecuencias de salida superiores a la de trabajo del motor, lo que le hace girar a mayor velocidad que la nominal. La curva de par, para velocidad de trabajo mayor de la nominal, disminuye, de manera que con velocidad doble (200%) el par cae a la mitad del nominal. La sobre velocidad es útil en aplicaciones que no requieren mucho par, como por ejemplo sierras de disco, pero si altas velocidades. En estos casos es importante tener en cuenta las características de par y temperatura de trabajo del motor.[3]
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Figure 3. curva respecto a la temperatura y el par.[2]
El variador produce tres fases de salida, mediante “troceado” de la contínua; para eso se usan transistores o dispositivos de potencia que actuando como interruptores, generan las señales de salida, con valores de tensión y frecuencia variables, según la regulación:
para motores sincrónicos únicamente y a la frecuencia de 50 Hz. Dependiendo de la ubicación geográfica funciona en 50Hz o 60Hz. [4] En los motores asíncronos las revoluciones por minuto son ligeramente menores por el propio asincronismo que indica su nombre. En estos se produce un desfase mínimo entre la velocidad de rotación (RPM) del rotor (velocidad "real" o "de salida") comparativamente con la cantidad de RPM’s del campo magnético (las cuales si deberían cumplir la ecuación arriba mencionada tanto en Motores síncronos como en motores asíncronos ) debido a que sólo es atraído por el campo magnético exterior que lo aventaja siempre en velocidad (de lo contrario el motor dejaría de girar en los momentos en los que alcanzase al campo magnético). [4] Un Variador (VFD) : Los variadores de frecuencia son sistema utilizados para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna. Un variador de frecuencia son vertientes de un variador de velocidad, ya que llevan un control de frecuencia de alimentación, la cual se suministra por un motor. Otra forma en que son conocidos los variadores de frecuencia son como Drivers ya sea de frecuencia ajustable (ADF) o de CA, VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia), micro drivers o inversores; esto depende en gran parte del voltaje que se maneje. Es un dispositivo o sistema para el control de la velocidad para motores de inducción de CA, el cual se alimenta con un voltaje y una frecuencia constantes, y entrega al motor un voltaje y frecuencia variables. [5]
Figure 4. Señal de salida tipo PWM (modulación de la anchura de pulso).[2]
Los diferentes pulsos de la salida, son fragmentos de onda rectangular, (con valores positivos y negativos respecto al eje), generan una señal equivalente o tensión eficaz, de forma senoidal; análogamente la intensidad eficaz es casi senoidal. Las frecuencias del troceado se pueden ajustar, para reducir ruidos e interferencias producidas por motor y variador. Las casas comerciales suministran, como opción, filtros que pueden instalarse entre en variador y la red de suministro, para evitar que las señales de ruido puedan salir a la red y afecten a otros aparatos. [3] Principio de funcionamiento. : Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna (CA) está determinada por la frecuencia de CA suministrada y el número de polos en el estátor, de acuerdo con la relación: RP M =
120 • f p
Donde RPM = Revoluciones por minuto f = frecuencia de suministro CA (Hercio) p = Número de polos Las cantidades de polos más frecuentemente utilizadas en motores síncronos o en Motor asíncrono son 2, 4, 6 y 8 polos que, siguiendo la ecuación citada, resultarían en 3000 RPM, 1500 RPM, 1000 RPM y 750 RPM respectivamente
Figure 5. Circuito principal [3]
Funcionamiento: : Se alimenta al equipo con un voltaje de corriente alterna (CA), el equipo primero convierte la CA en corriente directa (CD), por medio de un puente rectificador (diodos o SCR´s), este voltaje es filtrado por un banco de capacitores interno, con el fin de suavizar el voltaje rectificado y reducir la emisión de variaciones en la señal; posteriormente en la etapa de inversión, la cual está compuesta por transistores (IGBT), que encienden y apagan en determinada secuencia (enviando pulsos) para generar una forma de onda cuadrada de voltaje de CD a un frecuencia constante, y su valor promedio tiene la forma de onda senoidal de la frecuencia que se aplica al motor.[5] El proceso de conmutación de los transistores es llamado PWM "Pulse WidthModulation" Modulación por ancho de pulso.
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motor como en la entrada de la alimentacion del variador . A continuacion se observara las graficas que estan aplicadas carga En la figura 7 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 6. curva de salida del variador de frecuencia.[3]
Al tener control en la frecuencia de la onda de corriente podemos también controlar la velocidad del motor de acuerdo a la siguiente fórmula: [6] Nm =
120 • f (1 − s) P
Donde: Nm = velocidad mecánica (rpm) f = frecuencia de alimentación (Hz) s = deslizamiento (adimensional) P = número de polos. IV. EQUIPOS Y MATERIALES • • • • • • •
1Motor 3F 1 Variador de Frecuencia Cables Multímetro Osciloscopio Fuente Trifasica Sondas de Corriente y Voltaje V. DESARROLLO DE LA PRACTICA
Figure 7. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 8 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
DESARROLLO La practica se desarrollo teniendo en cuenta que es un variador de frecuencia las aplicaciones y sobretodo que obtenemos o beneficio encontramos usando el variador. Lo primero que se llego hacer es conectar el variador de frecuencia aplicandole carga ,nuestra carga fue contraer el torque del motor aplicandole una fuerza contraria al sentido de giro del motor que en nuestro caso fue utilizando la mano para contraer el giro, ahora mencionado anteriormente se procedio a darle valores diferentes de frecuencia en el cual va a estar funcionando el motor y se tomo datos a los siguientes parametros: • Medicion de voltajes y corrientes para observar el comportamiento de cada una de ellas tanto en vacio y con carga • Medicion del THD del motor tanto en vacio y con carga • Medicion del THD en la entrada de la alimentacion del Variador de Frecuencia • Uso del Fluke 1735 para la medicion del THD y las Potencias tanto de salida como en la entrada
Figure 8. Forma de onda del voltaje. medido en un motor
A. Fecuencia 10Hz: Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 10 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del
En la figura 9 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
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A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 10 HZ En la figura 12 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 9. Forma de onda de la corriente.
En la figura 10 se observan los armónicos de voltaje con carga.
Figure 12. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 13 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 10. Armónicos de voltaje con carga.
En la figura 11 se observa las potencias aplicandole carga.
Figure 13. Forma de onda del voltaje.
Figure 11. Potencias en la Carga de Motor
En la figura 14 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
5
B. Fecuencia 20Hz:
A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 20 HZ En la figura 17 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 14. Forma de onda de la corriente.
En la figura 15 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 17. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 18 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 15. Armónicos de voltaje sin carga.
En la figura 16 se observan las potencias sin carga en el motor .
Figure 18. Forma de onda del voltaje.
Figure 16. Poencias sin carga del Motor
En la figura 19 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
6
de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 20 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del motor como en la entrada de la alimentacion del variador En la figura 22 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 19. Forma de onda de la corriente.
En la figura 20 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 22. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 23 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
Figure 20. Armónicos de voltaje sin carga.
En la figura 21 se observan las potencias sin carga en el motor .
Figure 23. Forma de onda del voltaje.
Figure 21. Poencias sin carga del Motor
Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas
En la figura 24 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
7
C. Fecuencia 30Hz:
A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 30 HZ En la figura 27 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 24. Forma de onda de la corriente.
En la figura 25 se observan los armónicos de voltaje con Carga.
Figure 27. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 28 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 25. Armónicos de voltaje.
En la figura 26 se observan las Potencia con cargas.
Figure 28. Forma de onda del voltaje.
Figure 26. Potencias En la Carga del Motor.
En la figura 29 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
8
Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 30 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del motor como en la entrada de la alimentacion del variador En la figura 32 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 29. Forma de onda de la corriente.
En la figura 30 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 32. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 33 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
Figure 30. Armónicos de voltaje sin carga.
En la figura 31 se observan las potencias sin carga en el motor .
Figure 33. Forma de onda del voltaje.
Figure 31. Poencias sin carga del Motor
En la figura 34 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
9
D. Fecuencia 40Hz:
A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 40 HZ En la figura 37 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 34. Forma de onda de la corriente.
En la figura 35 se observan los armónicos de voltaje con Carga.
Figure 37. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 38 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 35. Armónicos de voltaje aplicado carga.
En la figura 36 se observan las potencias aplicandole carga .
Figure 38. Forma de onda del voltaje.
Figure 36. Poencias en la Carga .
En la figura 39 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
10
Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 40 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del motor como en la entrada de la alimentacion del variador En la figura 42 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 39. Forma de onda de la corriente.
En la figura 40 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 42. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 43 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
Figure 40. Armónicos de voltaje.
En la figura 41 se observan las potencias sin carga en el motor.
Figure 43. Forma de onda del voltaje.
Figure 41. Poencias sin carga en el Motor
En la figura 44 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
11
E. Fecuencia 50Hz:
A continuacion se dara a conocer las graficas obtenidas en el laboratorio en las que no estan aplicadas ninguna carga y su frecuencia de trabajo es la misma 50 HZ En la figura 47 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor sin carga.
Figure 44. Forma de onda de la corriente.
En la figura 45 se observan los armónicos de voltaje.
Figure 47. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 48 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor sin carga, simulado en matlab.
Figure 45. Armónicos de voltaje.
En la figura 46 se observan las potencias con carga en el motor
Figure 48. Forma de onda del voltaje.
Figure 46. Poencias en la Carga.
En la figura 49 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor sin carga, simulado en matlab.
12
Ahora bien lo que se procedio a encontrar es las formas de voltaje y corriente del motor aplicado un variador de frecuencia marca ABB el cual se fue variando la frecuencia a 50 HZ y tambien los THD de voltaje tanto en la salida del motor como en la entrada de la alimentacion del variador En la figura 52 se observa la forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga, medido en un motor con carga.
Figure 49. Forma de onda de la corriente.
En la figura 50 se observan los armónicos de voltaje sin carga.
Figure 52. Forma de onda del voltaje y de la corriente en la carga.
En la figura 53 se observa la forma de onda del voltaje medido en un motor con carga, simulado en matlab.
Figure 50. Armónicos de voltaje sin carga.
En la figura 51 se observan las potencias sin carga en el motor .
Figure 53. Forma de onda del voltaje.
Figure 51. Poencias sin carga del Motor
En la figura 54 se observa la forma de onda de la corriente medida en un motor con carga, simulado en matlab.
13
ANALISIS DE RESULTADOS Como se pudo ver en el desarrollo de la práctica, se realizó mediciones variando las frecuencia de 10 HZ a 50 HZ en la cual se observo el comportamiento de las ondas de corriente y voltaje en la salida del motor y en el ingreso del variador con esto se concluye que la practica se realizo de una manera satisfactoria en las que nos muestra el uso del porque se usa un variador y cual es su principal objetivo de usar dicho instrumento en el medio de la electronica lo cual nos dice que es para evitar el arranque brusco de los motores en la que la etapa transisoria del motor la corriente es de 5 a 6 veces al valor nominal dependiendo del motor que se usa. VI. CONCLUSIONES •
Figure 54. Forma de onda de la corriente.
En la figura 55 se observan los armónicos de voltaje.
•
•
Figure 55. Armónicos de voltaje. •
En la figura 56 se observan las potencias aplicandole cargas .
En la práctica se pudo observar como la corriente tiende a aumentar al momento de colocarle una carga, lo que nos indica que el motor para compensar el esfuerzo que realiza, tiende a aumentar el consumo de corriente,recompensando de esta manera el desvalance que sufre, pero que a su vez tiende a afectar la calidad de energía de la red, sin embargo, gracias al uso del variador de frecuencia, podemos compensar este daño a la calidad de energía, pues uno de los objetivos de estos variadores es eliminar la mayor parte de armónicos impares que puedan aparecer en la red debido al uso de cargas como motores y otros más. Además se pudo comprobar como al variar la frecuencia del variador, este controlaba la velocidad del motor y no solo se podia controlar esto, si no que también nos daba la facilidad de poder aumentar o disminuir el torque del motor, lo que nos ayudo para poder verificar lo que sucedia con la corriente y voltaje al momento de ponerle una carga. A medida que vamos subiendo la frecuencia se observa en las graficas que se disminuye el THDvoltaje ya que al llegar a la frecuencia nominal que trabaja el motor llegara a los THD de voltaje establecidos El Variador de frecuencia cumple con las normas permitidas ya que tiene un THDVoltaje menor al 5% en la entrada del sistema de alimentacion de variador lo cual es un equipo eficiente para la ayuda del arranque de los motores de induccion R EFERENCIAS
[1] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:VFD_System.png [2] Variadores-de-frecuencia-reguladores-de-velocidad-otra-de-alternativapara-el-ahorro-energetico [3] http://todoproductividad.blogspot.com/2012/06/tutorial-sobre-variadoresde-frecuencia_06.html [4] ingenieros.es/files/proyectos/Variadores_de_frecuencia.pdf [5] schneiderelectric.es/sites/spain/es/inicio.page.pdf [6] siemens.com/spain/web/es/industry/drive_tech/variadores/pages/variadores.aspx [7] ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-cfw-09-convertidores-de-frecuencia1033-catalogo-espanol.pdf
VII. BIOGRAFÍAS Figure 56. Poencias en la Carga del Motor
14
Freddy Mauricio Sinchi Sinchi Nació en CuencaEcuador, en 1992. Recibió el Título de Físico Matemático en el colegio César Dávila Andrade. Actualmente estudiando Ingeniería Electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana de la ciudad de Cuenca.
Jonnathan Patricio Uguña Minchala Nació en Cuenca - Ecuador, en 1991. Recibió el Título de Bachiller Técnico Industrial especializ ación en Instalaciones Eléctricas y Mantenimiento de Máquinas Eléctricas en el Colegio Nacional Técnico Daniel Córdova Toral en el 2009. Actualmente realiza sus estudios para Ingeniero Eléctrico en la Universidad Politécnica Salesiana.
Juan Javier Pillo Criollo Nació en Cuenca Ecuador, el 17 de octubre de 1991, recibió el Título de Bachiller en ”Instalaciones , Equipos y Maquinas Electricas ” en el Intituto Tecnico Superior Salesiano, de la cuidad de Cuenca, actualmente Estudiante de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Politécnica Salesiana de la ciudad de Cuenca.
Luis Felipe Quevedo Avila Nació en Azogues - Ecuador, el 20 de Agosto de 1991, recibió el Título de Bachiller en ”Fisico Matematico” en el Intituto Tecnico Superior y Colegio Experimental Juan Bautista Vazquez, de la cuidad de Azogues, actualmente Estudiante de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Politécnica Salesiana de la ciudad de Cuenca.
Alexis Francisco Pucha Guayllazaca Nacio en Pasaje-Ecuador, Provincia del ORO, en 1989. Recibió el Título de Bachiller Eléctrico en el Instituto Superior Tecnológico Dr. José Ochoa León en el año del 2008, sus estudios superiores los realiza en la Universidad Politécnica Salesiana con la especialidad de Ing. Eléctrica y pronto prestar servicio a la ciudadanía.
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