manual de capacitacion vfd

7/22/2019 Manual de Capacitacion VFD

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DEPARTAMENTO DEDEPARTAMENTO DECAPACITACINCAPACITACIN

INSTITUTO PROFESIONAL VIRGINIOINSTITUTO PROFESIONAL VIRGINIOGMEZGMEZ

Nombre del Curso:Convertidor de frecuencia

Empresa: Paneles arauco

Agosto, 2013

Nombre del Curso : Convertidores de frecuencia (VFD)

Duracin : 16 HorasObjetivo General : Al trmino del curso, los participantes lograrn explicar principios de

funcionamiento de variadores de frecuencia, ver sus aplicaciones en laindustria, adems de la deteccin y diagnstico de fallas.

Resumen de Contenidos:

1. Prueba de diagnstico VFD (2 horas)

1.1 Qu es un variador de frecuencia?

1.2 Cul es el principio de funcionamiento de un variador de frecuencia?1.3 Para que tipos de motor estn diseados los VFD?

1.4 Qu es la velocidad nominal?

1.5 Qu es una red de alimentacin trifsica?.

1.6 Qu es un sistema maestro-esclavo DP?

1.7 Qu son los partidores suaves?

2. Descripcin general del VFD (2 horas)

2.1 Qu es un VFD?(explicacin tcnica)

2.2 Componentes de un VFD.

2.3 Conceptos bsicos de un variador de frecuencia.

3. Aplicaciones a motores (4 horas)

3.1 Presentacin Sinamic G120 y Conexionado de alimentacin.

3.2 Conexin de VFD a motor.

3.3 Conexin de esclavo VFD.

3.4 Parametrizacin para puesta en marcha Via profibus DP (concepto esclavo), control unit yborneras

4. Deteccin de fallas (8 horas)

4.1 Descripcin de fallas tpicas.

4.2 Programacin de maestro para obtencin de datos de falla informados por el esclavo (VFD).

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Relator:Sr. Patricio Acua Molina.Ingeniero Electrnico, Instituto Profesional Dr. Virginio Gomez

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OTROS ANTECEDENTES :

Metodologa

El curso se desarrollar de acuerdo a una metodologa basada en el Aprender-Haciendo, a travs declases Terico-Prcticas, altamente participativas y apoyadas con texto gua y elementos para eldesarrollo prctico de los contenidos, talleres grupales e individuales.

Pre-Requisitos

Lectura-Escritura.

Evaluacin al Participante

Cada participante ser evaluado con una calificacin individual en escala de 1 a 7, la nota mnima deaprobacin ser 5.0 y que indica un 65% de cumplimiento con los contenidos del programa.

Certificacin

A todos los participantes del curso que tengan como mnimo un 75% de asistencia, se les entregar uncertificado (diploma) del OTEC que incluye el nombre del curso y la duracin.

Lugar de Ejecucin

En dependencias de la empresa o del Instituto Profesional Virginio Gmez, Cochrane 32, Concepcin.

HorarioHorario de 9:00 a 18:00 Hrs.Horario de a 12:30 a 15:30 Hrs.

Fecha de Inicio y TrminoJueves 29/08 y viernes 30/08

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2. Descripcin general del VFD

2.1 Qu es un VFD?

Definicion: Dispositivos electrnicos, que permiten el control completo de motores electricos deinduccin; los hay de C.C. (variadores de Tensin) y de C.A. (variadores de frecuencia). Siendo los masusados los para motores trifasicos de induccin y rotor sin bobina (jaula de ardilla).

Red de suministro: Acometida de C.A. monofasica en aparatos para motores de de hasta 1,5 KW; lineatrifasica para motores de ms potencia, hasta 630 KW

Entradas y salidas(I/O): diferentes conexiones de entradas y salidas de control; pueden ser digitales tipotodo o nada (contactos, pulsadores, conmutadores, contactos de rel...) o analgicas mediante valores detensin (0...10 V o similares) e intensidad (4...20 mA o similares). Adems puede incluir terminales dealarma, avera, etc.

Comunicaciones: estos dispositivos pueden integrarse en redes industriales, por lo que disponen de unpuerto de comunicaciones, por ejemplo RS-232, RS-485, red LAN, buses industriales (ProfiBus...) o

conexiones tipo RJ-45 o USB para terminales externos y ordenadores. Cada fabricante facilita el softwarede control, directo o mediante bus de comunicaciones. Que permitir el control, programacin ymonitorizacin del variador (o variadores) en el conjunto de aparatos de control empleados.

Salida: conexin al motor, generalmente de tres hilos (U-V-W) para conexin directa en tringulo oestrella segn la tensin del motor.

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2.2 Componentes de un VFD:

Diagrama de bloques de un VFD:

1.- Rectificador: partiendo de la red de suministro de c.a. monofsica o trifsica, se obtiene c.c. mediantediodos rectificadores.

2.- Bus de continua: condensadores de gran capacidad (y a veces tambin bobinas), almacenan y filtran

la c.c. rectificada, para obtener un valor de tensin continua estable, y reserva de energa suficiente paraproporcionar la intensidad requerida por el motor.

3.- Etapa de salida: desde la tensin del bus de continua, un onduladorconvierte esta energa en unasalida trifsica, con valores de tensin, intensidad y frecuencia de salida variables. Como elementos deconmutacin, se usan principalmente transistores bipolares (BJT), CMOS o similares, IGBT, tiristores(SCR), GTO... etc. Las seales de salida, se obtiene por diversos procedimientos como troceado,mediante ciclo convertidores, o seales de aproximacin senoidal mediante modulacin por anchura deimpulsos PWM.

4.-Control y E/S: circuitos de control de los diferentes bloques del variador, proteccin, regulacin... yentradas y salidas, tanto analgicas como digitales. Adems se incluye el interfaz de comunicaciones conbuses u otros dispositivos de control y usuario.

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2.3 Conceptos bsicos de un variador de frecuencia para un motor trifsico

Velocidad (n): la velocidad en el eje de un motor asncrono en rpm, depende del nmero de polosmagnticos del motor, y la frecuencia f (Hz), de la red de suministro:

Ejemplo: para red de

50 Hz:2p=1; n=3000rpm 2p=2; n=1500rpm 2p=3; n=1000rpm...etc.

La velocidad realde giro siempre es menor que la expresada, al ser motores asncronos. La diferenciaentre sncrona y asncrona, se denomina deslizamiento, ( s) que se expresa en porcentaje de rpm o envalor absoluto:

sncrona = 1500 rpmdeslizamiento: = 4% 60 rpm

asncrona = 1440 rpm

Los motores se fabrican para una velocidad nominal o de trabajo determinada, pero mediante el variadorde frecuencia dicha velocidad puede controlarse de manera progresiva. Por ejemplo, un motor de 50 Hz y1500 rpm (4 polos), podra girar, con variacin de frecuencia entre 5 y 120 Hz a velocidadescomprendidas entre:

n = (605)/2 = 150 rpmyn = (60120)/2 = 3600 rpm

Sobre-velocidad:

El variador puede proporcionar frecuencias de salida superiores a la de trabajo del motor, lo que le hacegirar a mayor velocidad que la nominal. La curva de par, para velocidad de trabajo mayor de la nominal,disminuye, demanera que con velocidad doble (200%) el parcae a la mitad del nominal. La sobre velocidad es til en aplicaciones que no requieren mucho par, comopor ejemplo sierras de disco, pero si altas velocidades. En estos casos es importante tener en cuenta lascaractersticas de par y temperatura de trabajo del motor.

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Par transmitido por el eje (par motriz):

La fuerza de traccin del motor a travs del eje, depende principalmente de las expresiones siguientes:

donde:

T = par motriz (tambin suele usarse M o Mm)

K y 9550 = constantes

U = tensin aplicada al inductor (estator)

f = frecuencia en Hz

P = potencia del motor en kWn = velocidad (real) de giro del motor en rpm

Por otro lado, el flujo magntico en los polos del motor (), depende de la tensin:

Par constante = flujo constante, en consecuencia:

El factor tiene especial importancia en la forma de configurar un variador, ya que de ah depender el parmotriz desarrollado por el motor, sin importar la velocidad de giro.

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Adems, de la primera expresin de T, vemos que el par es proporcional a U2, de manera que si U/f es

constante, el par depender de manera directa de la tensin: T U2

Tensin de arranque inicial:

En el arranque de un motor con carga, es necesario aplicar un cierto par inicial mnimo, para garantizar

que el motor empiece a girar. Esto se consigue, iniciando la marcha con un valor de tensin determinadoUINI, de acuerdo a las relaciones (U/f) y TINI

La variacin del par debe ser cuidadosa, para no exceder las caractersticas del motor ni sobrecargar elpropio variador, especialmente en el arranque, ya que podra circular una intensidad de corriente elevada,y eso no lo permite el variador.

Cuando el motor gira en las dos direcciones, el control del par puede ser igualmente importante, como porejemplo un montacargas en subida y bajada con carga. En el primer caso, el control del par permite elarranque e inicio de la marcha, y en el segundo, hace la funcin de retencin de la carga evitando elembalamiento del motor en la cada. (En cualquier caso, el variador no puede realizar las funciones defreno-motor; debindose instalar un freno-motor, de retencin mecnica tipo magntico, disco, zapata,etc.)

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Proteccin del motor y variador:

Los variadores proporcionan un valor de intensidad nominal IN en condiciones de trabajonormales, y permiten una cierta sobrecarga de breve duracin. No se producen picos opuntasde arranque elevadas. (Consultar la documentacin del variador). Ejemplo: Valor de IN ;sobrecarga: 200 % (t 0,5 s) 150 % (t 60 s)

Se incluyen las funciones del rel trmico de sobrecarga y propias del variador: falta de fase,

temperatura interna, frenado, ventilador... etc. (Configurables)

Dispone de seales de alarma (contactos o salidas analgicas), y detecta los fallos de fase,

inversin, sobre tensin... etc.

Externamente, es necesario instalar junto al variador un interruptor automtico magntico,

apropiado a la intensidad nominal a manejar. En los manuales del variador se indica el calibre dela proteccin, incluidos los fusibles, si se usaran.

El variador dispone de toma de tierra. Esta toma de tierra, no debe estar en contacto con bornes

comunes de las entradas o salidas, analgicas y/o digitales. (Observar los esquemas deconexin y advertencias, en los manuales).

Temperatura de trabajo del motor:

Los motores llevan incorporado un ventilador, que refrigera al motor en condiciones normales; al estar

instalado en el propio rotor, el ventilador gira a su velocidad; cuando mediante el variador, el motor giravelocidades reducidas, el ventilador pierde eficacia, y en consecuencia, la temperatura del motor puedeaumentar excesivamente:

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Cuando la relacin par-velocidad se mantiene dentro de la zona 1, la temperatura del motor

permanece en valores aceptables; en cambio cuando se le hace trabajar en la zona 2 (par detrabajo mayor del 50%) la temperatura aumenta y debe haber refrigeracin suplementaria desdeel exterior.

Algunos motores disponen en su interior de sondas de temperatura (resistencias PTC o

similares), que pueden ser usadas con el variador en combinacin de los sistemas de deteccinadecuados, para una proteccin total del motor.

Por otro lado, en caso de sobre velocidad, el ventilador interno del motor no es eficaz, ya que

aumenta la resistencia por rozamiento con el aire, y tiende a provocar un sobreesfuerzo delpropio motor, de manera que se necesitara refrigeracin externa.

Frenado:

el frenado del motor, consiste en el descenso controlado de su velocidad, reduciendo la frecuenciaaplicada. Se establece en unidades de tiempo, teniendo en cuenta que el par aplicado, sea constante ovariable. Algunos casos de frenado:

Rampa lineal de parada: se ajusta el tiempo (en s) quedebe durar la parada. Generalmente

vlido a motorescon poca carga resistente a la velocidad (detencin sin carga resistente o pocainercia).

Frenado regenerativo: la inercia de la carga, tiende a hacer girar el motor ms rpido que la

frecuencia establecida por el variador (velocidad hipersncrona), por lo que el motor acta comogenerador. La energa que retorna al variador, se disipa mediante una resistencia o undispositivo de frenado externo (no incluido con el variador).

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En sistemas de gran potencia (tren, grandes gras de prtico...), este efecto puede aprovecharsepara recuperar parte de la energa, que es devuelta a la red, mediante variadores especficoscon recuperacin.

Inyeccin de c.c.: el variador, puede inyectar durante un breve periodo de tiempo, cierto valor de

c.c., que provoca el frenado rpido del motor.

El bloqueo inesperado del motor (por bloqueo del rotor o fuerte sobrecarga), provocar una

intensidad muy elevada, y la parada por sobrecarga del variador, con la activacin de alarmas. Elrestablecimiento podr ser manual o automtico (segn programacin).

El frenado o bloqueo del motor una vez parado, debe conseguirse mediante otro procedimiento

externo al variador: freno magntico, zapata, disco, etc.

Sentido de giro:

El variador puede hacer girar el motor en ambos sentidos; inicialmente si se conecta la secuencia L1-L2-

L3 en fase al motor, girar a la derecha; algunos variadores disponen de entradas por contacto (todo-nada) para seleccionar el sentido (STF = start fordward, STR = start reverse). Tambin puede hacersemediante programacin, o control externo, sea por pulsadores, autmata, analgico... etc. El cambio desentido nunca ser brusco, sino mediante rampas de deceleracin, parada y aceleracin controladas.

Ventajas de uso del variador (frente al resto de arranques):

Evita picos o puntas de intensidad en los arranques del motor. (Muy pronunciados en el arranque

directo, en estrella-tringulo y medios con arrancadores progresivos).

El par se controla totalmente a cualquier velocidad, lo que evita saltos o bloqueos del motor ante

la carga. (En un arrancador progresivo la regulacin del par es dificil, ya que se basa en valoresde tensin inicial).

No tiene factor de potencia (cos = 1), lo que evita el uso de bateras de condensadores y elconsumo de energa reactiva (ahorro econmico).

Comunicacin mediante bus industrial, lo que permite conocer en tiempo real el estado del

variador y el motor, as como el historial de fallos (facilita el mantenimiento).

Los arranques y paradas son controlados, y suaves, sin movimientos bruscos.

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Protege completamente el motor, el variador y la lnea.

El consumo energtico se adapta a la exigencia del motor (ahorro de energa).

Mediante contactores externos de bypass (puente) se puede utilizar un solo variador para el

control secuencial de varios motores, tanto en arranque como en parada.

Desventajas:

La instalacin, programacin y mantenimiento, debe ser realizada por personal cualificado.

Si no esta bien aislado (con filtros) o instalado, puede derivar ruidos e interferencias en la red

elctrica, que podran afectar a otros elementos electrnicos cercanos.

Para aplicaciones sencillas puede suponer mayor inversin, que un sistema simple (contactor-

guardamotor), si bien a la larga se amortiza el gasto suplementario, por el ahorro energtico y depotencia reactiva que aporta el variador.

Las averas del variador, no se pueden reparar in situ (hay que enviarlos a la casa o servicio

tcnico). Mientras tanto debe disponerse de otro variador equivalente, o dejar la instalacin sinfuncionamiento.

3. Aplicaciones a motores

3.1 Presentacin sinamics G120 y conexionado de alimentacin

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El OP se suministra a modo de opcin destinada a incrementar la efectividad de la parametrizacin y elcontrol del convertidor de frecuencia. Las seales de mando y la consigna de la velocidad se ajustanfcilmente oprimiendo las teclas al efecto. El OP permite leer juegos de parmetros de un convertidor ycargarlos en otro.

Teclas de funcin:

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Modificacin de parmetros:

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Ejemplo P0003

Ejemplo P0719

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3.2 Conexionado VFD a motor:

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3.3 Conexin de esclavo:

Es necesario para la instalacin:

Terminales DB9 (180 o 90)

Bus de comunicacin profubus

Equipo BT-200

Instalacin de archivo GSD:

Al realizar una configuracin profibus y el eslcavo no se encuentra en la librera de del PLC (maestro), serealiza una instalacin de un archivo llamado GSD, el cual permite que el maestro pueda reconocer elequipo a configurar en la red.

1. Asegrese que tiene acceso en el directorio de archivos de la PG/PC a los archivos GSD que hay queintegrar. Los archivos deberan estar dentro en el disco duro, un disquete, un CD, etc. Los archivos GSDtambin pueden estar disponibles en un proyecto de STEP7.

2. Abra la configuracin HW y cierre el proyecto all abierto.

3. Seleccione la opcin del men "Herramientas -> Instalar archivos GSD".

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4. En el siguiente cuadro de dilogo, busque el lugar donde est archivado el archivo y haga clic sobre"Instalar". Se puede elegir si los archivos GDS se deben buscar en el directorio de archivos o en unproyecto de STEP7. Durante el proceso de instalacin, se pueden indicar avisos (de error) (por ejemplo,que un archivo GSD determinado ya est instalado). Al terminar la instalacin, el usuario puede dejarmostrar un protocolo.

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5. Actualice el catlogo Hardware con ayuda de la opcin del men "Herramientas -> Actualizar catlogo".En el catlogo de mdulos se leen los esclavos, cuyos archivos GSD se hayan instalado tras el arranquedel STEP 7. A continuacin, los esclavos ya se pueden insertar en el proyecto de STEP 7. Los nuevosequipos instalados estn disponibles ahora en el catlogo HW:

Para PROFIBUS DP, bajo la carpeta "PROFIBUS DP -> Otros equipos de campo -> I/O ...

Archivo de los archivos GSD en el disco duro:

Los archivos GSD se guardan en e directorio "\Archivos de programa\Siemens\Step7\S7DATA\GSD".

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Nombre del archivo GSD del esclavo configurado:

Haga doble clic con el botn izquierdo de ratn sobre el esclavo configurado en la configuracinHardware. El nombre del archivo GSD est disponible en el dilogo "Propiedades -> Esclavo DP", en laparte derecha junto con el nmero de referencia.

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Ahora para poder crear una red profubus y la conexin del esclavo se deben seguir los siguientes pasos:

1.- Configuramos en el HW config en nuestro equipo, que ser el maestro DP2.- Configuramos el sistema maestro DP

3.- Configuramos las propiedades del maestro DP

En la pestaa general configurar la red. En interface pulsar sobre botn propiedades

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Asignar una direccin de profibus y crear una red nueva. En la pestaa ajustes de red de la nueva redajustar la velocidad de transferencia y seleccionar como perfil DP

ya se tiene la red profibus, donde se colaran los esclavos.

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para insertar el esclavo DP seleccionamos la librera de hardware.

seleccionamos el sistema maestro y hacemos doble clic sobre el esclavo y se indica la direccin profibus.

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Esta direccin es la que se debe configurar de manera mecnica en el esclavo.

ya de manera final se tiene la configuracin de la red profibus.

En el esclavo Sinamics se encuentra un byte de direccionamiento de manera de poder asignar ladireccin que fue configurada en la red, mediante el maestro.

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3.4 Parametrizacin para puesta en marcha Via profibus DP (concepto esclavo), control unit y borneras

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4 Deteccin de fallas

4.1Descripcin de fallas tpicas:

Calidad de alimentacin:

Recientemente la calidad de la alimentacin ha sido centro de atencin por la alta demanda y la atencinque requieren las unidades de control de corriente alterna y corriente directa. La penalidad por el factor depotencia y los costos energticos han aumentado los variadores de frecuencia y otras cargas no linealesincrementando significativamente los niveles de distorsin de voltaje y corriente Cmo puede esta

distorsin ser minimizada?, Qu equipo es requerido?Los problemas de calidad de potencia y como estos afectan la salud del motor, distorsin armonica devoltaje y corriente, voltajes, desbalances y FP.

Circuito de potencia:

El circuito de potencia de refiere a todos los conductores y conexiones que existen desde el punto dondese realice la prueba hasta los bornes terminales del motor. Este puede incluir interruptores, fusibles,contactores, protecciones por sobre carga, seccionadores y borneras

Condiciones de aislamiento:

Se refiere a los aislamientos entre los devanados y tierra. Altas temperaturas, Humedad y contaminacindan lugar a una disminucin de la vida del aislamiento. Se ha dicho que si las plantas solo usaran elsecado de aislamiento , entonces el alargamiento de la vida de los motores no es garantizado.

Condiciones del estator:

Hacemos referencia a los devanados DC o trifsicos AC, aislamiento entre las espiras de los devanados yel ncleo o laminaciones. Estas zonas de fallas crean mucho debate en cuanto a la causa y el tipo defallo.

Condiciones del rotor:

Se refiere a la barras del rotor, a las laminaciones y anillos del rotor. El rotor aunque en contadasocasiones puede influir en fallas de otras zonas.

Entrehierro:

Referencia al aire entre el estator y el rotor, si este espacio no esta bien distribuido, puede producircampos magnticos desiguales.Estos desbalances causan movimientos en los devanados del estator, provocando fallas en ellos yvibracin elctricamente inducida afectando al variador.

Mala instalacin del fabricante:

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Por no leer las condiciones que se deben respetar en el proceso de instalacin, tales como temperatura

ambiente, posicin de instalacin, fuente de alimentacin, vibraciones, etc se puede reducir la vida til devariador.

4.2 Programacin de maestro para obtencin de datos de falla informados por el esclavo (VFD).

Cada esclavo DP dispone de datos de diagnstico creados profibus. Con ayuda de la funcin del sistemaSFC13 "DPNRM_DG" (lectura de los datos de diagnstico de un esclavo DP) se leen los datos dediagnstico actuales de un esclavo DP

La siguiente tabla muestra la estructura de los datos de diagnstico del esclavo.

Si un esclavo PROFIBUS DP con capacidad de diagnstico reconoce un cambio en su estado de

diagnstico, solicita una alarma de diagnstico a la CPU:

Existe un fallo o se debe esperar a un componente, o ambos (evento entrante)

Ya no existe un fallo y no se debe esperar a ningn componente (evento saliente)

A continuacin, el sistema operativo llama al OB82. El OB82 dispone de la direccin lgica bsica en susvariables locales, as como una informacin de diagnstico de 4 bytes de longitud del esclavo que hasolicitado el diagnstico.

Descripcin del programa ejemplo:

OB1En el OB1 se llama a la funcin del sistema SFC13 "DPNRM_DG" para leer los datos de diagnsticode la estacin ET 200S.

La siguiente tabla muestra las entradas del SFC13 "DPNRM_DG".

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La siguiente tabla muestra las salidas del SFC13 "DPNRM_DG".

El proceso de lectura se inicia cuando se pone a "1" la entrada REQ al llamar al SFC13 "DPNRM_DG". Laentrada REQ del SFC13 "DPNRM_DG" se queda a "1" al llamar al OB82.En la entrada RECORD delSFC13 "DPNRM_DG" se indica la zona destino en la que se guardan los datos de diagnstico ledos alrealizarse correctamente la transferencia de datos. En este ejemplo, los dato de diagnstico se guardan

en el bloque de datos DB82.Cuando acaba el proceso de lectura, la entrada REQ vuelve a valer "0" paraque pueda volver a arrancar un nuevo proceso de lectura.

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OB82

Si la estacin esclava realiza una solicitud de diagnstico, la entrada REQ del SFC13 "DPNRM_DG" sepone a "1". Al llamar al SFC13 "DPNRM_DG" en el OB1, la entrada REQ se pone a "1" para que sepueda arrancar un proceso de lectura.En las variables locales del OB82 se guarda la direccin lgicabsica de la estacin ET 200S. En el OB82 se asigna la direccin lgica bsica de la estacin ET 200Scon la entrada LADDR del SFC13 "DPNRM_DG".

Evaluacin de los datos de diagnstico en el programa de usuarioLos datos de diagnstico, que se leencon el SFC13 "DPNRM_DG" y se guardan en el DB82, son evaluados en el OB1.

La estacin ET 200S dispone de los siguientes mdulos en este ejemplo:

Mdulo 1: mdulo de alimentacin

Mdulo 2: mdulo de salidas digitales DO

Mdulo 3: mdulo de entradas digitales DI

En el programa de usuario se recogen los siguientes estados de los mdulos indicados arriba, mediantela evaluacin de los datos de diagnstico.

Mdulo correcto

Fallo en el mdulo

Mdulo errneo No se ha conectado ningn mdulo

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