Autor Tema: Convertidor de Frecuencia de 60 KW  (Leído 10282 veces)

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Desconectado mmX

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Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« en: 14 de Abril de 2009, 21:39:19 »
Hola a todos. Como lo dice el título, este es mi proyecto, llevo bastante ya, pero tengo algunas dudas...

El convertidor cuenta con una etapa AC/DC  y luego DC/AC... El bus DC contará con una tensión de aproximadamente 650V.. que alimentarán al puente de IGBT's. Aja hasta aqui todo bien..

Lo que deseo es hacer una precarga del bus dc (varios capacitores) y cuando este se encuentre ESTABLE, activo un IGBT adicional que conecta al mismo con el puente de igbt principal.

Lo que pense, es encender el cirucito y activar una conversion AD del bus DC haciendo restas de dos puntos hasta que varias restas me den 0 V aproximadamente, significando esto que la tensión es estable... No estoy seguro si es la mejor alternativa y de como implementar la conversión en este caso....

Alguien que me ayude en esta duda?

Desconectado Renatox_

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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #1 en: 15 de Abril de 2009, 02:38:21 »
En los driver usan mucho los choper, ponen un transistor con una resistencia de bajo ohnmiaje y estos en paralelo al bus DC de esta forma controlan los sobrevoltajes cuando se frena al motor, de esa forma se proteje a los transistores del puente a altos voltajes. La resistencia suele ser de unos pocos ohmios y la hacen trabajar hasta un 20% del duty cycle.

saludos.
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Desconectado mmX

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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #2 en: 15 de Abril de 2009, 08:01:29 »
Si, efectivamente es tal cual como dices, ya esa parte esta cubierta, pero lo que deseo es básicamente evitar alimentar al inversor si el bus DC aun no alcanza su voltaje máximo...

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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #3 en: 15 de Abril de 2009, 11:03:23 »
Hola MMX como pensas hacer la etapa de entrada para el ADC del micro?
Saludos
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Desconectado blackcat

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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #4 en: 15 de Abril de 2009, 12:40:23 »
Hola.

Parte de mi trabajo es reparar variadores de frecuencia, he reparado variadores desde 1HP hasta 250HP ... marcas como WEG, Telemecanique, AsiRobicon.

El circuito de precarga en los variadores es simple: Se pone una resistencia en serie entre el cuadro rectificador y los capacitores. La resistencia tiene en paralelo un relay de almenos 3 veces la corriente nominal de salida. En los variadores grandes colocan un contactor trifásico con los contactos en paralelo. La idea es que cuando los capacitores estén cargados se cierra el relay o el contactor poniendo practicamente en corto la resistencia:



El control del relay es variado, en algunos inversores el cierre del relay proviene directamente del micro, en otros, hay un pequeño temporizador, este activa un circuito RC con la misma constante de tiempo que el RC de potencia, este se energiza con una fuente de 24V que se deriva del bus DC.



Por lo general, la fuente de 24V se hace conmutada.

Tambien he visto realimentaciones de este circuito al micro para que el micro sepa cuando los capacitores estan cargados. El micro no habilita el control de motor si el relay no ha cerrado. La carga de los capacitores es muy rápida, suele ser de al menos 200milisegundos. Y se escoje el valor de R de tal manera que cumpla un poco menos de este tiempo.

 
« Última modificación: 15 de Abril de 2009, 12:49:49 por blackcat »
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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #5 en: 15 de Abril de 2009, 19:56:39 »
Hola, gracias a todos por responder. Tenía pensado utilizar un sensor LEM de Voltaje para enviar la tension del bus al micro. éste me da una señal pequeña manejable por un dspic. LA parte de la precarga tenía pensado realizarla con un IGBT en vez de un relé, de igual manera que soporte mucho más corriente que la de salida, en serie que dispararé cuando el bus dc ya se encuentre estabilizado. En principio es lo mismo, cual sería la diferencia de hacerlo con uno u otro?

Desconectado blackcat

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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #6 en: 15 de Abril de 2009, 23:14:09 »
Hola, gracias a todos por responder. Tenía pensado utilizar un sensor LEM de Voltaje para enviar la tension del bus al micro. éste me da una señal pequeña manejable por un dspic. LA parte de la precarga tenía pensado realizarla con un IGBT en vez de un relé, de igual manera que soporte mucho más corriente que la de salida, en serie que dispararé cuando el bus dc ya se encuentre estabilizado. En principio es lo mismo, cual sería la diferencia de hacerlo con uno u otro?

La mayor diferencia es el costo, desde muchas perspectivas: reducir tamaño, materiales, ahorro energetico, etc ... es mas facil activar un relé que un IGBT .. el IGBT necesita de un disparador y aisladores opticos, ... ademas tenes que disipar la potencia de ese IGBT lo que implica un disipador mas grande.

Tambien ese IGBT debe ser de mayor corriente y tension que los otros IGBTs pues por el pasa mas corriente que los IGBTs de salida ... haz el calculo:

tenes 60kW, la corriente de salida del inversor debe ser 80A aproximadamente, los fabricantes de variadores dimensionan al doble los IGBTs, esto por cuestion de sobrecarga y arranque en el motor. Entonces el IGBT debe ser de 160A, ahora si utilizas un IGBT para el bus DC, este IGBT debe ser 1.25 a los IGBTs de salida eso es 200A. 

TAmbien considera que la resistencia está en paralelo al IGBT, eso significa que existe una tension de aprox 2 a 6V sobre la resistencia, por lo que tambien hay un gasto energetico tanto en la resistencia como en el IGBT; creeras que es absurdo pero los estandares especifican que los variadores se diseñen para que funciones 24horas los 365 dias, cualquier desperdicio por mas pequeño que sea son $$$ al año. Incluso, hay fabricantes que utilizan control termico para activar o desactivar los ventiladores de calor.

Creo que es un poco exagerado poner un IGBT para esa aplicacion, un IGBT está diseñado para conmutar millones de veces, solo necesitas que el relé conmute una vez y es cuando se da el arranque al variador.

Por lo general, los fabricantes de variadores utilizan bridges y no IGBTs separados, cuesta mucho encontrar variadores con IGBTs solos, hecha un ojo a este bridge:

BSM30GP60

Este tipo de bridge es muy utilizado pues en una sola unidad se tiene: El cuadro rectificador, los 6 IGBTs, el transistor de freno y la termoresistencia.

En cuanto a medir la tension del bus DC eso si es importante, pues permite conocer cuando hay baja tension, pues si baja la tensión el motor tiene mas consumo y podrias quemar el variador. Tambien, permite conocer cuando hay regeneraciones excesivas.

Debes considerar que el bus DC fluctua mucho, pues un motor es una carga que varia de acuerdo al trabajo mecánico.

Ten en mente que quiza a nivel academico no es importante, sin embargo, los ingenieros deben acostumbrarse desde las aulas ha hacer sistemas eficientes con el menor costo.

Saludos!
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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #7 en: 17 de Abril de 2009, 13:11:21 »
Hola blackat con respecto al rele en paralelo a la resistencia, si la corriente nominal del motor es 8A y pongo un rele de 10A que problemas podría haber, lo que sucede es que si se pusiera un rele de 24A este seria mas grande y talves no entre en una caja pequeña de un driver de 1HP.

Otra pregunta que criterios se debe tomar para calcular la potencia que debe tener la resistencia. Por ejm si el VDC=100v y C=4000uF, y R=25 ohm, entonces la precarga durará 0.5seg con una corriente inicial de 4A, entonces por la resistencia habrá una potencia pico de 400w y sera 0w en 0.5seg, como esto ocurre solo una ves cuando se prende el drive. Se podría usar una de 2 o 5w,,?

Que efectos negativos puede haber en un drive si no se usa la precarga, habrá riesgo de dañar los igbts,,o tal ves el condensador?

saludos.
control de movimiento

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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #8 en: 17 de Abril de 2009, 23:41:32 »
Hola blackat con respecto al rele en paralelo a la resistencia, si la corriente nominal del motor es 8A y pongo un rele de 10A que problemas podría haber, lo que sucede es que si se pusiera un rele de 24A este seria mas grande y talves no entre en una caja pequeña de un driver de 1HP.

Otra pregunta que criterios se debe tomar para calcular la potencia que debe tener la resistencia. Por ejm si el VDC=100v y C=4000uF, y R=25 ohm, entonces la precarga durará 0.5seg con una corriente inicial de 4A, entonces por la resistencia habrá una potencia pico de 400w y sera 0w en 0.5seg, como esto ocurre solo una ves cuando se prende el drive. Se podría usar una de 2 o 5w,,?

Que efectos negativos puede haber en un drive si no se usa la precarga, habrá riesgo de dañar los igbts,,o tal ves el condensador?

saludos.

En los variadores pequeños de 1HP (4A 220V) suelen colocar un rele de 24VDC y el contacto aguanta hasta 30A ... conforme el modelo vaya aumentando y supere los 30A se colocan mas contactos en paralelo ... he visto hasta un maximo de 3 reles .. esto es 90A ... tambien he visto reles mas pequeños.

En variadores de 50HP o mas ... utilizan un contactor trifásico .. con bobina de 220V ... ya para esos modelos el variador es bastante grande mas que todo por el disipador de calor, entonces hay suficiente espacio para colocar un contactor. Ademas si se daña es facil reemplazarlo.

Nunca he relacionado la corriente nominal del contactor con la del variador. Si bien recuerdo es 3 veces, voy a confirmarlo y luego corrijo.

Otro aspecto importante es que la reparacion de variadores grandes es viable y es buen negocio, pues los fabricantes suelen construirlos de manera modular para que el mantenimiento o el reemplazo de partes sea facil. Ademas, una reparacion es mas barata que comprar uno nuevo.

Pronto subiré unas fotos de placas de variadores.

Hace poco reparé un variador ASIRobicon, el relé es activado por el micro, parece que la salida del micro falló. Por ese defecto, el rele de fin de precarga nunca accionaba entonces cuando el motor arrancaba las resistencias de precarga se hacian pedazos (para no decir que explotaban). A detalle era lo siguiente:

- Tension nominal del variador: 480VAC esto es en el bus DC ---> 680V
- 2 resistencias de 33Ohm en paralelo 10W, resultando 16Ohm 20W
- Banco de capacitores de 1860uF.

Esto es:

\tau = R \times C = 0.03
el banco de capacitores se carga en aprox 0.15 seg.

En un rectificador trifásico de onda completa, el rizado es pequeño, por lo que voy a suponer 680V en el bus DC mientras se está cargando los capacitores. Entonces hay que deducir la ecuacion de la corriente mientras el capacitor se está cargando esta es:

i = \frac{V}{R} e^{\frac{-t}{RC}}

ahora .. la potencia instantanea en la resistencia se calcula:

P_i = i^2R
.. la potencia promedio sería entonces:

P = \frac{1}{t} \int_0^t i^2R d(t) = \frac{V C}{2t}(1 - e^{\frac{-2t}{RC}})
.

Calculando P para los valores de R = 16, C = 1860uF y t = 0.15s ... tenemos que P es de 4.215W .. ahora hay criterios de diseño para elegir el valor de potencia, hay unos que dicen que la potencia de la resistencia debe ser del doble .. otros dicen que esa potencia debe ser de almenos el 80% del valor de resistencia.

Lo que si se es que esa resistencia se calienta mucho .... jajaja ...

Si no se usa la precarga el pero daño lo recibirian los diodos del puente rectificador, porque se produce un practicamente un corto circuito instantaneo en el primer microsegundo de la carga del capacitor (recueden la ecuacion de la corriente de carga de un capacitor).

Ahora, los variadores de frecuencia se protegen con fusible de disparo rapido, llamados tambien fusibles para semiconductor o tipo gR. Si no hubiera precarga los fusibles se abren. Y fusibles de este tipo para variadores grandes son muy caros.

Saludos!





 


« Última modificación: 17 de Abril de 2009, 23:46:21 por blackcat »
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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #9 en: 19 de Abril de 2009, 16:23:27 »
Gracias por la respuesta tomaré en cuenta lo que dices. Tengo una duda, cuando la resistencia de precarga es desconectada esta sigue calentando? dices que se calienta mucho pero solo esta en funcionamiento 0.15seg, supongo que en ese tiempo se calienta bastante y luego se enfria.
Los drivers siempre usan fusibles de disparo rápido?, por ejm para un motor con una Inominal=8A que puede producir combas de corriente de 60A, entonces se debería poner un fusible rápido de 60A en ves de un fusible comun de vidrio de 8A?, los fusibles comunes de vidrio pueden soportar las combas de corriente.

saludos.
control de movimiento

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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #10 en: 19 de Abril de 2009, 22:33:36 »
Si la resistencia de precarga solo calienta en el arranque, despues es practicamente desconectada por el rele. Las resistencias que se suelen utilizar son las que son un tubo ceramico con un enrrollamiento de un hilo metálico y recubiertas con un material aislante.

La ventaja de los variadores de frecuencia es que mantienen un torque practicamente constante en todo el rango de frecuencia, entonces durante el arranque como en la velocidad nominal la corriente no se eleva mucho, digamos que no supera ni el 20%. Claro esto depende mucho de la aplicacion.

Las aplicaciones por cambios bruscos de torque si son posibles ... por lo general utilizamos variadores que incluyen control de torque (por supuesto mas caro que uno convencional) y lo dimensionamos 1.5 veces mayor al valor nominal del motor ... digamos un motor de 20HP utilizamos un variador de 30HP ... por experiencia propia elevaciones de esas magnitudes terminan quemando el variador (si fuera convencional), por eso utilizamos variadores con software mas avanzado.

Los variadores con control de torque, disminuyen la velocidad del motor cuando detectan que la corriente se eleva despues de un determinado valor. Si la corriente no disminuye dispara un error.

El fusible de quemado rápido es el mas recomendable, pues tiene una curva mas brusca de quemado, digamos si el variador tiene un corriente nominal de entrada de 4A, colocamos uno de 4A. Ya en variadores mas grandes tambien se suele utilizar interruptores termomagneticos todo como el manual lo indique. Los fusibles que se colocan suelen ser los de recubrimiento cerámico.  Tambien se usan reactores de linea para disminuir las armonicas y supresores de picos.

Un variador de frecuencia protege contra sobrecargas, el variador almenos debe soportar 1.5veces la I nominal durante 30seg, si exede ese tiempo se dispara un error. Si el valor es superior a 1.5veces se dispara inmediatamente, por ejemplo, si el rotor de un motor está trabado el variador lo detecta inmediatamente y no arranca mostrando un error de sobrecorriente en la salida.

« Última modificación: 19 de Abril de 2009, 22:47:58 por blackcat »
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Desconectado Renatox_

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Re: Convertidor de Frecuencia de 60 KW
« Respuesta #11 en: 22 de Abril de 2009, 00:44:33 »
ok, gracias por la aclaración blackat lo tendré presente.

saludos.
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