CONTROL PID CON CONVERTIDORES DE FRECUENCIA (4)

Como se comentó en el post anterior, la acción proporcional no permite que la presión del sistema hidráulico se acerque al valor de la consigna, debido a un error constante conocido como offset.

ACCIÓN INTEGRAL I

Con esta técnica se aplica una corrección continua a la salida de frecuencia, para intentar reducir a cero la señal de error mencionada anteriormente (offset en la acción proporcional pura).

Esta acción produce un cambio en la salida cuando hay una señal de error. Responde al tamaño y a la duración del error mientras este esté presente. Esto se debe a que al integrar matemáticamente una señal constante se obtiene un resultado creciente en el tiempo.

  

La ganancia integral es la inversa del tiempo de integración Ti. A mayor ganancia integral mayor será el acercamiento de la variable de proceso al valor del set point pero se demora mas tiempo en hacerlo.

Si es muy elevada esta ganancia puede haber overshoots y también oscilaciones en la mayoría de los sistemas industriales.

Si la ganancia integral es baja puede perderse “rigidez” en el sistema, es decir la capacidad del sistema de responder a variaciones en el torque de la carga.

El control integral se activa con errores de largo plazo. No responde a transitorios cortos.

En el banco de bombas Braincon, con un set point del 43% se realizó una serie de experiencias a diferentes ganancias proporcional e integral. A continuación se muestran algunos de los resultados obtenidos.

Para Ki = 0.043 y diferentes KP:

No se logra una reducción del offset con tan poca ganancia integral.

Para KP= 4 y diferentes KI:

Se observa que al aumentar KI se reduce el error, pero se demora mas tiempo en estabilizar al sistema.

Se podría esperar mejoras en el offset aumentando KI, pero por ejemplo con esta sistema y un KI de 6, no solo no se logra mejorar el offset sino que el sistema empieza a oscilar:

Continuará....

CONTROL PID CON CONVERTIDORES DE FRECUENCIA (3)

La frecuencia de salida es proporcional a la señal de error. Esto obliga a que siempre haya un error, para que haya frecuencia en la salida... A este concepto se le llama offset.

PROBLEMAS CON EL OFFSET EN LA ACCIÓN PROPORCIONAL.


Se realizó una serie de mediciones en el banco de bombas PID Braincon, utilizando un set point del 50% y cambiando el valor de la ganancia proporcional (P520). Se graficó el valor del Set Point (violeta), la variable de proceso (azul) y la frecuencia de salida del convertidor (rojo)


Algunos ejemplos:

El error en régimen permanente se va reduciendo a medida que se aumenta Kp. En los gráficos anteriores los valores obtenidos son 9.1  7.3 y 6.7% respectivamente. Ese error no se puede eliminar con un control solamente proporcional. 

El resultado es que no se puede lograr la presión deseada, siempre se logra un valor menor. (OFFSET)

Para corregir este error, se debe configurar una acción integral, tema del post siguiente.

NOTAS:

La ganancia proporcional está activa siempre, no se puede eliminar esta acción. 

Un detalle importante: la acción proporcional no depende de la duración de un transitorio.

A la inversa de la ganancia proporcional se la denomina banda proporcional.

CONTROL ON-OFF

Sería como utilizar un presostato en lugar de un transmisor de presión: se conecta el convertidor cuando hay baja presión y se lo apaga cuando llega al umbral del presostato. No sería útil realizarlo con convertidores de frecuencia...  Si a un control proporcional se le pone una ganancia infinita o cero se obtiene un control  ON-OFF. En rigor, el control proporcional entrega una acción proporcional a la señal de error dentro de un rango de funcionamiento o zona de proporcionalidad. Si el error supera esa zona, la salida del controlador será cero o máximo es decir un control on off (o todo-nada).

Con un control ON-OFF no se puede lograr un equilibrio exacto. Sería por ejemplo el caso de un compresor o un sistema de automáticos de tanque. El sistema enciende por debajo de un valor y corta por encima de otro (histéresis). Con un control proporcional se trata de mantener un nivel definido de la variable de proceso, todo el tiempo sin histéresis.

CONTROL PID CON CONVERTIDORES DE FRECUENCIA (2)

Para mantener la variable de proceso en el valor deseado se requieren de algunas acciones sobre la frecuencia del convertidor. Ya se mencionó en el post anterior que las acciones de los controladores PID son 3:

• ·         Proporcional
• ·         Integral
• ·         Derivativo

ACCIÓN PROPORCIONAL.

Para evitar cambios bruscos en la presión ante cambios de carga, se puede ajustar al convertidor para que varíe la frecuencia de salida en forma proporcional a la diferencia entre la variable de proceso y el set point. A mayor diferencia mayor frecuencia (en un control directo, en uno inverso será menor frecuencia).

El factor de proporcionalidad se conoce como ganancia proporcional Kp. A diferente ganancia diferente serán la respuesta del convertidor, dado que a igual diferencia de tensión de error entregará una frecuencia de salida mayor o menor. 

Por ejemplo, para un CFW08 de la casa WEG, se obtuvo la siguiente relación entre señal de error, frecuencia de salida y ganancia proporcional:

Los valores del gráfico anterior fueron obtenidos en el banco de bombas PID Braincon, con un CFW08 y los parámetros:

 P133=3Hz, P134=66Hz, P525=50%, P521=P522=0. 

La señal de error usada en el eje x es la diferencia entre P525 (SET POINT) y P040 (PROCES VALUE)

Evidentemente el control tiene un límite, ya que no se puede obtener una frecuencia mayor que las máximas o mínimas permitidas (P133 y 134 del CFW08).

Una ganancia proporcional muy grande hace que el sistema responda muy rápido a un cambio en la presión de la cañería ya que la frecuencia cambia en un valor grande ante la señal de error. A partir de la respuesta del conjunto la señal de proceso empezará a aumentar y el convertidor bajará la frecuencia. Si la ganancia es demasiado elevada puede resultar en un comportamiento inestable. 

OFFSET

Un inconveniente del control proporcional es que siempre queda una señal de error (OFFSET), es decir queda una diferencia entre la variable de proceso y el set point, que se hace más pequeña cuanto mayor sea la ganancia Kp. Si se desea eliminar este error permanente, debe introducirse una corrección manual o automática (de esto se trata la siguiente acción: la acción integral).

En el próximo post se verán algunos ejemplos para clarificar este problema.

CONTROL PID CON CONVERTIDORES DE FRECUENCIA. (1)

Los convertidores de frecuencia cuentan con un modo de control en lazo cerrado que permite ajustar la velocidad del motor en base a una señal de referencia externa que debe mantenerse en un valor predeterminado.

Por ejemplo si se desea controlar la presión en un sistema hidráulico, se puede colocar un transmisor de presión en la cañería: 

El transmisor de presión entrega una tensión x (variable de proceso) de 0-10V o una corriente de 4-20mA. Esta señal se conecta  a la entrada analógica del convertidor (que debe configurarse para leer una variable de proceso). 

El convertidor de frecuencia debe configurarse en modo PID para de esa forma poder indicar por teclado o por otra entrada analógica (en el caso del CFW08 plus) un valor de consigna w (SET POINT) es decir el valor de tensión que debería tener la salida del sensor que indica la presión del sistema, cuando la bomba está funcionando.

Existen dos algoritmos comúnmente utilizados en los controladores PID: Paralelo y Serie. A continuación se mostrarán los diagramas en bloques y las ecuaciones que rigen a ambos algoritmos. El objetivo de este post es ver técnicas experimentales de ajuste de las variables del controlador, no se va a realizar un análisis matemático complejo del mismo, solo se plantean las ecuaciones para comprender parte del formalismo.

Un control PID tipo paralelo sería:

En este diagrama genérico, la referencia de frecuencia del convertidor se define como:

Donde la señal de error e(t) se define por:

Siendo KP, KI, Kd las ganancias proporcional, integral y diferencial respectivamente. 

Un control de tipo serie sería:

El PID serie (o interactivo) es uno de los mas utilizados, especialmente en equipos analógicos antiguos (se realizaba con amplificadores operacionales y el hecho de ser serie permitía lograrlo con menor cantidad de componentes) y se lo siguió utilizando en algunos equipos digitales por tradición.

Las respuestas de ambos tipos son similares.

Esta última es la configuración adoptada en el CFW08 de WEG. El CFW09 utiliza la anterior.

GLOSARIO.

Variable de proceso o variable controlada (X): es la señal que entrega el sensor que mide la variable que se quiere controlar (temperatura, presión, caudal, etc)

SET POINT (W): es el valor que se desea obtener de la señal.

Error u offset (e(t): diferencia entre la variable de proceso y el set point.

En el próximo post se analizan las acciones del controlador PID (acciones proporcional, integral y derivativa).

ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO (2): Ajuste del timmer

Cómo se debe ajustar correctamente el tiempo de conmutación en un arranque estrella triángulo?

Continuando con el post anterior donde se habló de los inconvenientes en la conmutación de un arranque ET se va a analizar como ajustar correctamente el tiempo de conmutación. Este  DEPENDE DE LA CARGA, tanto de su inercia como de su par resistente. No se puede dar un valor correcto "genérico", se debe sintonizar el arrancador con la carga en la puesta en marcha de la máquina.

Para que la corriente en la conmutación sea lo menor posible, se debe ajustar el temporizador de forma que el motor haya llegado a aproximadamente el 90% de la velocidad nominal durante la fase estrella antes de realizar el cambio. Esto no es difícil de lograr. Si el arranque dura unos segundos, se puede medir la corriente y contar el tiempo que tarda en establecerse el régimen. Con un poco de práctica "a oído" se logra el ajuste correcto, cuando el motor deja de acelerar, se debe hacer la conmutación.

ES MUY IMPORTANTE ESCUCHAR A LA MAQUINA..... 

Que sucede si no se da el tiempo correcto?. Las mediciones siguientes se realizaron con un motor de 5.5 HP con carga inercial en diferentes valores de tiempo.

1) Tiempo muy largo:

El motor se queda accionando a la carga con baja tensión, está forzado innecesariamente. No se recomienda, salvo que el par resistente sea muy bajo.

2) Tiempo muy corto:

El transitorio de conmutación dura demasiado, el golpe en el eje es importante, se oye y se siente la vibración en la máquina.

3) ajustes correctos:

Se deja un pequeño margen de seguridad, para evitar que algún cambio en la carga lleve a la situación 2. Es preferible que el tiempo sea un poco mas largo, 10 al 20% del valor medido inicialmente es algo razonable, pero esto depende mucho de la experiencia que se tenga con ese tipo de máquinas. Si no hay posibilidades de variación de carga se lo puede ajustar mas.

GOLPE DE ARIETE

Al trabajar con bombas es habitual escuchar un estampido en el momento del apagado. Este se debe a que la energía cinética del fluido no se puede disipar inmediatamente y la masa de agua sigue moviéndose y rebotando contra la válvula de retención. Esto produce un transitorio de presión en el sistema que deteriora cañería, sujeciones mecánicas y válvulas. Este transitorio se conoce como golpe de ariete (water hammer).

Existen técnicas mecánicas para amortiguarlo (como siempre en ingeniería, la palabra "eliminar" es mala palabra... valga la redundancia!) que no serán tratadas aquí. Sí, se analizan dos variantes de control del motor y su influencia en la amplitud de este golpe. 

Los valores indicados corresponden a una bomba KSB equipada con un motor WEG de 100HP, 1485 RPM, que abastece (junto con otras 4) una planta de bombeo ubicada en zona sur del gran Buenos Aires.

Estas bombas toman agua de una cisterna y la elevan a un tanque de aproximadamente 30m de altura ubicado a unos 30m de la estación de bombeo. Este tanque lleva por acción de la gravedad, el vital elemento hasta la ciudad.

CON ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO 

En el video que sigue se visualiza el arranque y la parada de la bomba con un arranque estrella triángulo convencional:

En este video, se escucha un fuerte estampido cuando golpea la válvula de retención y se observa la amplitud de la vibración en la cañería incluso después del manchón.

A continuación la evolución de la corriente (en Amperes y segundos) durante el funcionamiento de la bomba.

Se ve una corriente de arranque (en estrella) del orden de 280A de pocos segundos de duración, un breve tiempo (10 segundos aproximadamente) de corriente cercana a los 140A en triángulo y luego la corriente de régimen permanente de aproximadamente 120A (la nominal del motor es de 139A)

Los siguientes son oscilogramas de corriente en una fase, donde se indica, solo como anecdótico para aquellos que hayan seguido post´s anteriores, el transitorio de la conmutación E-T en el primero  y el efecto del capacitor de factor de potencia en la parada final en el segundo:

CON ARRANCADOR SUAVE

En el mismo tablero, se reemplazaron los contactores del E-T por un SSW07 de 171A. El banco de compensación de factor de potencia, se activa con un contacto auxiliar del equipo, cuando se  termina la rampa de aceleración.

Si la misma bomba se acciona con un arrancador suave, se logran dos ventajas: una reducir la corriente de arranque, sin conmutación (como el pasaje de estrella a triángulo) con su efecto favorable sobre la red y a su vez sobre el transitorio de presión. Y la segunda ventaja es reducir el golpe de ariete en la parada.  Esto último se logra  haciendo que el motor se encargue de frenar a la masa de agua lentamente, de forma que la energía se vaya reduciendo lo más suavemente posible.

Desde el punto de vista de la parametrización del arrancador, se dispone de varias herramientas. En este caso se utilizó una rampa de tensión, controlando su duración, para prolongar el tiempo de parada. Se empezó configurando solo el tiempo de deceleración. Luego de unos cuantos intentos con diferentes rampas, se llegó a la conclusión de que este parámetro solo no fue suficiente ya que si bien se producía un golpe más suave  seguía siendo importante. Se tuvo que experimentar con tres variables: el tiempo de deceleración, el salto de tensión en el momento del apagado y el valor de tensión final de la rampa. El conjunto de valores correctos se obtuvo experimentando y a “oído”,  ya que solo se contaba con manómetro en el lado de la bomba, no del otro lado de la válvula de retención. El resultado se “oye” en el siguiente video:

La gráfica de corriente  observada es:

Se observa que si bien la corriente de arranque orilla los 400A, la duración de este transitorio es inferior al caso del E-T. Además se ve el aumento de corriente en el final de la rampa de deceleración como se mencionó previamente, esto no sucede en el ET pero es aquí donde se está usando al motor para detener a la masa de agua en movimiento!!! Además existe una oscilación en el momento donde se produce el primer golpe, que es evidentemente mas suave que en el caso del ET. En algunos ensayos se presenciaron dos golpes.
La evolución de la tensión que entrega el soft starter, con la mejor parametrización experimentada es:

y un oscilograma con la corriente en el momento de dar la orden de apagar al arrancador:

Dado que la corriente en la parada aumenta mientras el motor está frenando a la masa de agua en movimiento se debe verificar que esté bien ajustada la protección del motor, puesto que en el fragor de la lucha cuerpo a cuerpo entre el técnico y la máquina durante la puesta en marcha es muy fácil excederse!!!.

También se debe respetar el tiempo entre arranques. Para ellos es útil configurar un parámetro que no permita arranques sucesivos en menos de unos minutos, de forma que el equipo logre refrigerar su etapa de potencia.

AJUSTE RECOMENDADOS.

Se recomienda iniciar con:

• una rampa de deceleración del orden de los 15 segundos, 
• un escalón de tensión en el inicio de la rampa de deceleración del orden de 80% de la tensión nominal del motor 
• y un nivel de tensión de salida en el momento de la desconexión del orden del 50% 

(en el caso de un SSW07 de la casa WEG, como en este trabajo son los parámetros 103, 104 y 105, a los que se accede con un opcional  HMI o con una interface PC. Ya que el equipo en formato comercial viene sin ellos, se deben adquirir por separado).

En este caso puntual los valores de dichos parámetros fueron respectivamente 80% / 10seg / 55%.

Para llegar a ellos, se realizaron al menos 15 juegos de valores de estas 3 variables, durante la puesta a punto, llegando a esta configuración como la que permitió el menor impacto.
Para el ajuste de la rampa de aceleración  fue de utilidad el manómetro que se encontraba en la entrada de la válvula de retención. Se encontró así que con una rampa de 10 segundos se lograba un valor aceptable de oscilación en la presión durante el arranque:

Se observa que la presión no inicia con el arranque del motor. Esto se debe a la curva caudal-velocidad de la bomba.
Además se tuvo que configurar el voltaje inicial en el 80% de la tensión nominal para lograr que el motor empiece a girar inmediatamente aplicada la orden de arranque al equipo.


NOTA IMPORTANTE.
No siempre se logra un valor bajo de golpe de ariete con un control en rampa de tensión. En determinados casos, en sistemas hidráulicos mas complejos se requiere de un "control de par". Dado que el SSW07 no lo incluye, se debe recurrir a un SSW06, de mayores prestaciones. Esto debe tenerse en cuenta a la hora de evaluar la solución ya que los costos se incrementan.
Además se puede contar con un convertidor de frecuencia, con la ventaja adicional de poder controlar el caudal y reducir el consumo en situaciones que así lo permitan. 

PAR DISPONIBLE EN CONTROL ESCALAR.

No siempre los fabricantes de convertidores de frecuencia ofrecen un medio de estimar que par puede lograrse con sus equipos. Para tratar de esclarecer este tema se ha ensayado con un dinamo-péndulo a un CFW10 (en modo escalar) con un motor de 1.5HP 2 polos. El banco de ensayos es el provisto al ISFT 188 de Gral. Rodriguez, que en esta imagen se ve con un motor monofásico:

Principio de funcionamiento:

El dinamo está montado sobre soportes de pie con rodamientos, en lugar de sobre sus patas, de forma que su carcasa  puede moverse libremente. Sobre la misma se encuentran montados dos brazos de acero con pesas de 10N que pueden deslizarse como en una báscula. Cuando se aplica carga al dínamo este reacciona. Equilibrando el par de fuerzas de reacción con los contrapesos, se puede determinar la fuerza de reacción y con ella el par motor desarrollado. Lograr el equilibrio es complicado, el movimiento de la barra es de tipo pendular  como se observa en el video:

A medida que se acerca al equilibrio la frecuencia de la oscilación se hace mas baja, permitiendo encontrar una medida de la pesa que se inclina mas hacia la derecha y otra posición que se inclina mas a la izquierda. Con un poco de pericia en su uso, estas dos medidas pueden diferir entre si en un par de mm. Tomando el promedio de ambas mediciones se obtiene la posición de equilibrio. En primer lugar se busca equilibrio sin girar. Esto se trata de determinar con las pesas a 50cm del extremo del soporte. Luego con el motor girando a diferentes cargas del dínamo. La diferencia entre las posiciones de equilibrio se multiplica por el peso de la pesa y se obtiene el par desarrollado.

Junto con estas mediciones se toman las RPM del eje,

también se mide la corriente del motor y se grafican los resultados a diferentes frecuencias de trabajo.

Ensayo:

El convertidor ensayado es un WEG, CFW10 de 7.3A con alimentación monofásica. El motor es un WEG de 1.5HP 2800RPM, 50Hz conectado en triángulo, con una corriente nominal de 4.55A. El par nominal de este motor es de 3.75Nm.

El gráfico de par motor (eje vertical en Nm) en función de la velocidad del eje (eje horizontal en RPM), para diferentes frecuencias de trabajo es el siguiente:

En este gráfico se ven varias características del modo de control escalar:

1) la velocidad no es constante, depende de la carga. La frecuencia indicada en el display del HMI, solo permite estimar la velocidad real del motor cuando este está en vacío. Con carga, debido al resbalamiento característico del motor asincrónico y como además el convertidor en escalar no corrige frecuencia al aumentar la corriente, se ve una caída en las RPM al aumentar la carga mecánica. 

2) en frecuencias bajas el par máximo obtenido es muy inferior al nominal (3.75Nm)

3) en sobrevelocidad (frecuencias superiores a la nominal) el par máximo vuelve a reducirse.

3) incluso a 50Hz, no se obtiene el par nominal del motor.

En este gráfico no se indican los valores de corriente, por lo que podría parecer que se puede exigir un poco mas al motor. No es así... En el siguiente gráfico se marcan los valores de par obtenidos a la corriente nominal del motor, antes de que el convertidor saliera de servicio por error de sobrecarga (E05):

Los valores que superan los óvalos rojos son pares medidos con el motor sobrecargado. La línea imaginaria que forman estos puntos debería ser tomada como primer aproximación del par de régimen permanente disponible por el conjunto motor-CFW10. Los valores medidos por encima de estos puntos, activaron la protección por sobrecorriente del convertidor.

Se observa muy claramente que no puede llegarse al valor de par nominal en ninguna de las frecuencias ensayadas, llegando como máximo a un 80 % del mismo. Este problema es característico del control escalar.
Además se debe aclarar que en estas mediciones no se ha tomado en cuenta el efecto del calentamiento debido a armónicas ni a la falta de refrigeración del motor en bajas revoluciones, dado que por la corta duración de los ensayos, estos no resultaban de importancia. En una aplicación real deberá reducirse el par de régimen permanente para tomar en cuenta dicho calentamiento.

El clásico carrito (Cómo seleccionar un motor: cálculos dinámicos).

En los cursos de física inicial, la mayoría de los problemas de cinemática y dinámica toman como ejemplo el de un carrito en movimiento.
Esta es la historia de un carrito de unos 1500kg, parte de una trafiladora que hizo de las suyas. Este es el movimiento del carrito, cuando todo el cuento terminó:

La primer parte del movimiento es neutral, el carro es arrastrado por un motor de 200HP hacia la izquierda de la pantalla. La segunda parte es la problemática, debe hacer un movimiento muy rápido, a unos 1.5m/s y detenerse "a la voz de aura" en 0.5 seg.
Originalmente habían diseñado el sistema con un motor de 3000RPM 7.5CV. Al conectarle un convertidor de frecuencia WEG CFW09 de 16A, este se colgaba por error de sobrecorriente durante el arranque. El mecánico le sacó el convertidor y conectó el motor directo a la red, logrando que el carrito se moviera "normalmente" al menos para el... Cuando me comenta indignado el tema resultaba ser que esa porquería que le había conectado en el tablero, no servía. reviso la parametrización del equipo y no había caso, no tenía forma de reforzarlo de ninguna manera. Repito la experiencia de conectarlo directo y efectivamente se movía. Mido la corriente con la pinza amperométrica y tomaba 60A aproximadamente,durante todo el movimiento que duraba unos 20m de avance. El pobre motor, de unos 13A de IN, no salía del proceso de arranque!. Es decir que si seguía experimentando en forma directa lo iba a quemar...
Consulto al diseñador y pega el grito en el cielo: quién puso un motor de 3000RPM????? debe ir uno de 1000!!!!!
Acá no termina la historia. Con tres veces mas par, se inician las pruebas con un Czerweny de 5.5KW / 7.5CV 965 RPM, IN 13.1 A, El convertidor responde normalmente, dentro de lo esperado, en las primeras pruebas. Cuando empiezan a definir la cinemática correcta para la máquina final, no lo podíamos frenar y se pegaba un flor de golpe contra la estructura. El 09 tenía agregada una resistencia de frenado que parecía no dar a basto. El tiempo de frenado deseado era muy corto. Empecé a sospechar que el motor seguía siendo chico. Pero como se los demuestro? Dos ingenieros mecánicos habían estado tras el diseño. Estaban mas que urgidos para entregar la máquina. Se me ocurre conectar una interface y la pc al equipo y monitorear corriente, potencia y par para analizar lo que estaba pasando. Y el resultado fué el siguiente:

el trazo verde es la corriente tomada por el motor. Los datos se tomaron con el soft Superdrive de WEG. Se ve que está del órden de 2IN en una aceleración de 2 seg. El motor era chico.

Cuentas "de almacenero":

Se va a ignorar en esta estimación los pares de rozamiento y otros. El análisis que sigue es muy simple pero de utilidad como para poder evaluar el problema dinámico.

La reducción mecánica lleva la velocidad final del motor a 400RPM. 

Asumiendo una masa de 1500kg y una velocidad final de 1.5m/seg la energía cinética desarrollada por el carro es de :

1500kg * (1.5m/s)^2 /2 = 1700 J

La energía cinética del rotor del motor a 400RPM es de aproximadamente 50 J.

Si se estima groseramente que la masa de la cadena, caja reductora etc aporten en unos 250 J a la energía cinética tenemos unos 2000 J en régimen. (En Argentina le llamamos ojímetro)

En el eje del motor;

Ec = Jeq * w^2 /2.

Despejando se obtiene un Jeq de 2.2. kgm2

Como

Cupla = Jeq*dw/dt 

Se obtiene que en el tramo de aceleración de 0 a 1.5m/s en 1.5 seg, el par necesario para acelerar es de 62Nm.

En el frenado de 1.5m/s a 0 en 0.5 seg, se requiere de 180Nm.

Un motor de 7.5HP tiene un par nominal de 54Nm. El par de rotor  bloqueado de un motor Czerweny de esas características es de 3 veces ese valor.

Al operar con variador se puede obtener un par de frenado de hasta el 150% del nominal como máximo.

Esto inclina la balanza a un motor de 12.5HP 970 RPM (90Nm), que si bien está un poco por debajo de estos valores, al ser los mismos aproximados y sobreestimados, sería un valor razonable de compromiso. La aceleración se lograría sin esfuerzos, y la deceleración si ayuda el roce y la carga mecánica se podría aproximar a la rampa deseada.

CONCLUSION:

Visto el cálculo informal, los ingenieros aceptaron el problema y se puso el motor de 12.5HP y un convertidor CFW09 de 24A con una R de frenado de 47Ohms 8KW.

Funcionó de maravillas como se ve en el video... A continuación la última serie de mediciones antes de embalar todo!!!

Rojo: Velocidad angular (RPM)

Verde: Corriente en el motor (A)

Fucsia: par motor (en % del nominal). Es negativo por que solo se indicó el de frenado (Superdrive no admite ambos a la vez)

Azul: tensión en el circuito intermediario (Vdc). Se nota un leve incremento en el voltaje DC durante el frenado. Si no tuviera la resistencia este provocaría una sobretensión que llevaría a trip al equipo.

CFW08 WEG: uso de IHM remota

El CFW08 ha demostrado ser un equipito muy noble en las aplicaciones cotidianas. Si bien es de la gama media de la familia de convertidores de WEG, se ha ganado su respeto como un variador confiable, adaptable a diversas aplicaciones y muy fácil de usar.
A la hora de usar una interface de usuario remota en el frente del tablero, no está muy clara la info del manual de WEG sobre como parametrizar al equipo.

Por ejemplo: se puede habilitar  el convertidor desde una entrada digital (con una salida digital de un PLC por ej), activar - desactivar por rampa y alterar la frecuencia desde el HMI remoto  serie. Los parámetros a configurar son:

P263=10

P220=0 siempre local

P221=0 ref. local hmi

P229=2 comandos local desde teclas HMI serie.

Si en cambio se quiere seleccionar  loc/rem desde la IHM remota:

P220=5 sel. Desde ihm

P221=0 ref. teclas ihm

P229=2  comando desde teclas ihm rem.

ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO

El clásico  ET presenta un transitorio de corriente muy importante en el momento de la conmutación:

El oscilograma superior  es la corriente tomada por una fase. el inferior el voltaje en una bobina.

Se trata de un motor WEG (datos en  www.weg.net) de 5.5 HP alimentado con 3*380V, sin carga mecánica.

En estos oscilogramas se observa:

• la corriente y la tensión  en estrella
• la corriente del arco mientras se levanta el contactor estrella y la tensión que genera el estator mientras no recibe alimentación, debida a la remanencia magnética y a la inercia del rotor.
• la corriente de la conmutación a triángulo, cuando se vuelve a conectar el bobinado a la red, y esta se encuentra al motor como generador.
• luego la corriente y tensión en triángulo.
• por último, la tensión que genera el motor sin alimentación, mientras tenga movimiento inercial y remanencia magnética.

El transitorio de la conmutación puede reducirse si se elige correctamente la secuencia de fase y la conexión de las bobinas. El esquema de potencia correcto es el siguiente:

y el topográfico sería:

si en lugar de este esquema se realiza el siguiente, el transitorio de corriente es superior, produciendo una menor vida útil de los contactores.

Nota: cuidado con la sutil diferencia en el cableado. Un oscilograma captado con este esquema:

Un correcto orden en el cableado reduce drásticamente el transitorio. Así y todo, este no puede eliminarse por completo, ya que siempre habrá una diferencia de fase entre la tensión generada por el motor y la de red.

Una comparativa experimental entre los dos esquemas de potencia, utilizando para el comando un temporizador especial para este tipo de arranques arrojó los siguientes resultados:

Estas mediciones corresponden a un motor de 4 polos 5.5HP WEG W21. Los gráficos de arriba muestran la amplitud, en valor de pico, de la corriente de conmutación. Abajo se realizó un histograma con la frecuencia de aparición de picos en un rango de corriente definido. Para confeccionar estos diagramas se realizaron 46 arranques de este motor, con una carga puramente inercial y se registró con un DSO el transitorio. Luego se midieron las amplitudes de los picos en la conmutación.

Se ve que la cantidad de arranques con corrientes superiores a 55A es mayor en el circuito "mal " hecho que en el otro, donde el histograma se inclina a transitorios de corriente menores.

Se minimice o no, siempre habrá un "golpe de corriente" en la conmutación de un ET. Es imposible eliminarlo. Haciendo las cosas bien se puede minimizar y hacer así mas durables a los dispositivos de potencia. Si no es aceptable este transitorio, por los trastornos mecánicos que produce, se debería tomar en serio, si el presupuesto lo permite, la posibilidad de un arrancador suave o de un convertidor de frecuencia.

INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO

Si se desea invertir el sentido de giro de un motor que arranca en E.T, minimizando el transitorio de conmutación las fases que se deben conmutar son la L1 y L2 (R y S para los que todavía usamos la nomenclatura antigua...!) como se indica en el esquema siguiente:

Es común que no se utilice KM1 en los esquemas con inversión ya que si se lo reemplaza por un puente el circuito sigue siendo funcional.

AJUSTE DEL TEMPORIZADOR

El ajuste del valor del tiempo de conmutación también define en forma importante el transitorio de corriente. Es tema de otro post: ajuste del timmer.