Puede dividir el mundo de los accionamientos de motores electrónicos, que controlan la velocidad, el par, la dirección y la potencia resultante de un motor, en dos categorías: CA y CC. Un variador de CA controla los motores de inducción de CA y, al igual que sus homólogos de CC, controla la velocidad, el par y los caballos de fuerza. Un variador de CC normalmente controla un motor de CC bobinado en derivación, que tiene circuitos de campo y de inducido separados. Este desmontaje del variador de frecuencia Schneider Electric Altivar 12 detalla las características clave que definen estos variadores.
Los equipos rotativos, incluidos ventiladores, sopladores, compresores y bombas, consumen más de un tercio de la energía eléctrica total generada en los Estados Unidos. Este equipo puede utilizar tecnología de transmisión de velocidad variable, en la que la velocidad del motor se ajusta para cumplir con los requisitos de carga, lo que brinda una ventaja tanto en la mejora de la productividad como en la reducción del consumo de energía. Por ejemplo, reducir la velocidad del ventilador o de la bomba entre un 15 y un 20% permite una disminución en la potencia del eje de hasta un 30%.
Los variadores de frecuencia aplicados correctamente son asequibles, confiables y flexibles, y ofrecen una cantidad significativa de ahorros a través de facturas eléctricas reducidas. Los accionamientos electrónicos de frecuencia variable varían el voltaje y la frecuencia de los motores de inducción mediante modulación de ancho de pulso. Los variadores utilizan transistores bipolares de puerta aislada para convertir el voltaje de suministro de CA de frecuencia fija en un suministro de CA de voltaje variable y frecuencia variable para el motor y pueden regular la velocidad de un motor de inducción de aproximadamente 10 a 200%; son posibles rangos más amplios. Los accionamientos también regulan el voltaje de salida en proporción a la frecuencia de salida para proporcionar una relación relativamente constante de voltaje a frecuencia para producir un par adecuado.
El manual Altivar 12 recomienda que retire las cubiertas de ventilación para el montaje IP (protección de ingreso) Tipo B y C cuando la protección IP20 sea adecuada, pero que las deje en la carcasa en el montaje Tipo A (Figura 1). ANSI / IEC 60529-2004 describe los grados de protección proporcionados por los envolventes. Es un sistema para clasificar los grados de protección de los operadores contra el acceso a partes peligrosas y la protección de los equipos contra la entrada de cuerpos extraños sólidos y agua. El montaje tipo A permite un espacio libre de más de 50 mm (1,97 pulg.) A cada lado, con las cubiertas de ventilación colocadas. El montaje tipo B permite unidades montadas una al lado de la otra con las cubiertas de ventilación retiradas (referencia 1). El montaje del tipo C coincide con el del tipo A pero con las cubiertas de ventilación retiradas.
El primer paso es convertir la tensión de alimentación de CA en CC utilizando un circuito rectificador. La energía de CC contiene ondas de voltaje, que filtran los capacitores de manera uniforme (Figura 2). Este voltaje de CC luego se convierte nuevamente en CA, por lo general utilizando modulación de ancho de pulso (Figura 3). El voltaje de salida se enciende y apaga a alta frecuencia, con la duración del tiempo de encendido, o ancho de pulso, controlado para aproximarse a una forma de onda sinusoidal.
La serie Altivar 12 utiliza el módulo IGBT Infineon FP30R06W1E3 y tiene un conjunto de disipador de calor bien diseñado. El módulo Infineon IGBT utiliza un sustrato de Al2O3, que le da a la carcasa una baja resistencia térmica que es fundamental para la confiabilidad y el rendimiento a largo plazo del sistema. Además del puente de diodos del convertidor de entrada y el inversor de salida con IGBT, este módulo Infineon también tiene un termistor NTC (coeficiente de temperatura negativo) integrado para monitorear la temperatura del disipador de calor y un módulo Easy PIM (administrador de información personal) (figuras 4, 5 y 6).
El controlador de compuerta trifásico integrado para el ensamblaje IGBT es el Infineon 6ED003L06-F, que cuenta con una tecnología de silicona sobre aislante de película delgada que hace que la salida del puente de seis IGBT sea insensible a voltajes transitorios negativos tan altos como -50V ( Figura 7).
Las aplicaciones de accionamiento a motor requieren aislamiento galvánico para el accionamiento de puerta de los IGBT para inversores de puente y para detección de corriente de fase del motor. En este caso, el sustrato SOI está completamente aislado del resto del circuito. El circuito de precarga de alto voltaje minimiza el pico de corriente de la fuente de energía al reducir la velocidad de dV / dT del voltaje de alimentación de entrada, implementando así un nuevo modo de precarga.
Debe apagar las cargas inductivas en el sistema de distribución durante el modo de precarga. Durante la precarga, el voltaje del sistema aumenta lenta y controlablemente, y la corriente de encendido nunca excede el máximo permitido. A medida que el voltaje del circuito se acerca a un estado casi estable, la función de precarga se completa. El objetivo normal de un circuito de precarga es terminar el modo de precarga cuando el voltaje del circuito es 90 o 95% del voltaje de operación.
Una vez completada la precarga, la resistencia de precarga cambia del circuito de suministro de energía y regresa a una fuente de energía de baja impedancia para el modo normal. A continuación, las cargas de alto voltaje se encienden secuencialmente. Este paso evita que el condensador se sobrecargue. Cuando aplica energía de CC a un capacitor, el capacitor instantáneamente ve esta acción como un cortocircuito, causando una gran corriente de entrada desde la fuente (Figura 8).
Un microprocesador controla el proceso al monitorear el suministro de voltaje entrante, el punto de ajuste de velocidad, el voltaje del enlace de CC y el voltaje y la corriente de salida para garantizar el funcionamiento del motor dentro de los parámetros establecidos. Los diseñadores del Altivar 12 utilizaron el dispositivo SuperH con microcontrolador RISC Renesas R5F71253VD50 de 32 bits, que incorpora unidades de temporizador que generan formas de onda PWM trifásicas con tiempo muerto y un ADC de 12 bits para el control del inversor (Figura 9).
El dispositivo utiliza un puerto serie Modbus para conectarse a software externo, la red industrial Modbus o una pantalla remota (Figura 10). El microcontrolador Renesas R5F3640 de 16 bits maneja las funciones de visualización y traduce las condiciones de estado del motor y del variador en mensajes de visualización. El potenciómetro se conecta al dial jog del panel frontal y actúa como un potenciómetro en el modo local para la navegación en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj y para la selección y validación cuando se presiona. Este diseño multifunción ahorra espacio y costes. El relé de potencia Omron G5RL proporciona una indicación remota del estado del variador en la placa.
Gracias por el informe detallado de desmontaje. ¿Podría decirnos qué sensores de corriente se utilizan para el control del inversor?
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