UNIVERSIDAD DE SALAMANCA E.T.S. DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DE BEJAR Departamento de Informática y Automática

“CONTROL VECTORIAL DE UN MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA MEDIANTE UN CONVERTIDOR DE FRECUENCIA OMRON “

AUTOR: JULIÁN CARRILLO MELO TUTOR: SEBASTIÁN MARCOS

BEJAR, OCTUBRE 2005

1. Omron electronics 2. Fundamentos de variadores de frecuencia 3. Variadores Omron 4. Control de un motor c.a mediante un variador

1. Omron electronics 2. Fundamentos de variadores de frecuencia 3. Variadores Omron 4. Control de un motor c.a mediante un variador

1.1. OMRON ELECTRONICS EVOLUCIÓN DE LA EMPRESA

Multinacional cuyas oficinas centrales están en Kyoto, (Japón) fundada en 1933 por Kazuma Tateisi

Dirigida en la actualidad por Yoshio Tateishi

Es una de las empresas líderes mundiales en el campo de la automatización.

1.1. OMRON ELECTRONICS EVOLUCIÓN DE LA EMPRESA

Omron tiene más de 25.000 empleados en más de 35 países trabajando para proporcionar productos y servicios en varios campos En Hoofddorp, Amsterdam se encuentran las oficinas centrales Europeas

1.2. OMRON ELECTRONICS SECTORES DE ACTIVIDAD

Sector de la Automatización industrial Sector de producción de componentes electrónicos Sector de la electrónica del automóvil Sector de automatización no industrial Sector de lectores de tarjeta Sector de la electromedicina

1.2. OMRON ELECTRONICS SECTOR DE LA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Fabricación y distribución de equipos de automatización industrial tales como variadores de frecuencia, elementos de protección (magnetotérmicos, diferenciales), temporizadores, sensores, contadores, células de detección, terminales táctiles.

1.2. OMRON ELECTRONICS SECTOR DE PRODUCCIÓN DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS

Fabricación de componentes electrónicos, relés de estado sólido, memorias flash, rom, eprom, microcontroladores, microprocesadores, multiplexadores, contadores.

1.2. OMRON ELECTRONICS SECTOR DE LA ELECTRÓNICA DEL AUTOMOVIL

Fabricación de reguladores, sensores, interruptores y otros componentes electrónicos montados en los vehículos, para proporcionar seguridad y comodidad a los ocupantes

1.2. OMRON ELECTRONICS SECTOR DE LA AUTOMATIZACIÓN NO INDUSTRIAL

Desarrollo de otros elementos de automatización no industrial tales como barreras de estación de trenes, puertas automáticas, equipos para control de tráfico, barreras de paso a nivel, máquinas expendedoras, porteros automáticos.

1.2. OMRON ELECTRONICS SECTOR DE LECTORES DE TARJETAS

Desarrollo de lectores de tarjeta, utilizado en múltiples sectores tales como la banca electrónica , máquinas lectoras, fichadores

1.2. OMRON ELECTRONICS SECTOR DE LA ELECTROMEDICINA

Omron también tiene una línea de productos de electromedicina con medidores de tensión, máquinas de análisis de sangre, productos de electroestimulación, máquinas de rayos X, termómetros

1.3. OMRON ELECTRONICS EL ALUMNO EN LA EMPRESA

Objetivos Adquirir una primera experiencia laboral en el ámbito de la automatización. Estudiar equipos de automatización y sistemas de control

Colaboración en desarrollo de aplicaciones reales.

1.3. OMRON ELECTRONICS EL ALUMNO EN LA EMPRESA

Actividades desarrolladas Estudio de equipos de motion Traducción y preparación de documentación Asistencia técnica Desarrollo y docencia de cursos Colaboración en el desarrollo de proyectos Supervisión, asistencia técnica y colaboración en procesos de fabricación de maquinarias

1. Omron electronics 2. Fundamentos de variadores de frecuencia 3. Variadores Omron 4. Control de un motor c.a mediante un variador

2.1. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA MOTORES EN LA INDUSTRIA

Motor de corriente continua

Motor de corriente alterna

Motores síncronos Motor asíncrono jaula de ardilla

Motor asíncrono

2.2. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA CONTROL DE VELOCIDAD EN MOTORES ASÍNCRONOS

El rotor y el campo magnético giran a velocidades distintas. La formula que proporciona la velocidad del rotor es la siguiente:

f × 60 n0 = × (1 − s ) p

f : Frecuencia

p : Pares de polos s : Deslizamiento

Hay 3 formas de variar la velocidad Deslizamiento

Número de polos

Tensión del estátor

Rotor

Resistencia rotórica

Frecuencia

Acoplamiento en cascada

1 3

2

2

3 1

2.2. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA CONTROL DE VELOCIDAD EN MOTORES ASÍNCRONOS

50 Hz 50 Hz

Alimentación fija

Variador

80 Hz

Alimentación variable

SALIDA VELOCIDAD VARIABLE Motor

2.3. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA VENTAJA DEL USO DE VARIADORES

Óptima utilización del circuito magnético Minimización de pérdidas en el rotor Ahorro energético Protección de la mecánica Menor mantenimiento Mejora del proceso Mejora el entorno de trabajo Mejora de la calidad

2.4. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA ESTRUCTURA INTERNA DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA

El convertidor de frecuencia se puede dividir en cuatro partes diferenciadas:

Rectificador

Circuito intermedio

Placa de control

Inversor

2.4. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA ESTRUCTURA INTERNA DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA

Esquema básico de un variador de frecuencia + 3 AC C

C

-

Rectificador

Circuito intermedio

Inversor

2.4.1. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA ETAPA RECTIFICADORA

Transforma la alimentación de c.a. de la red en una alimentación de c.c. Rectificadores

No regulados (no controlados).

Media onda

Onda completa

Regulados (controlados)

Media onda

Onda completa

2.4.1. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA ETAPA RECTIFICADORA: RECTIFICADOR NO REGULADO

Están formados por diodos y por tanto no se puede seleccionar el paso de conducción a corte Media onda

Onda completa

2.4.1. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA ETAPA RECTIFICADORA: RECTIFICADOR REGULADO

Se emplean total o parcialmente semiconductores controlables, como pueden ser tiristores, pudiendo retrasar el ángulo de disparo y por tanto el valor medio de la salida Rectificador regulado de onda completa

2.4.2 FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA CIRCUITO INTERMEDIO

Circuito intermedio de continua o bus de continua, según la disposición que se adopte funciona en fuente de tensión o de intensidad para la etapa final, ondulador o inversor.

Fuente de tensión : circuito capacitivo entre los terminales del Bus c.c. Fuente de corriente : circuito inductivo en el terminal del Bus c.c.

2.4.3 FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA ETAPA INVERSORA O ONDULADOR

Realiza la función contraria al rectificador, transforma la señal contínua obtenida tras la rectificación en alterna de la frecuencia deseada.

En función de la perfección del sistema de conmutación, la corriente de salida se acercarán más o menos a un onda senoidal.

2.4.3 FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA ETAPA INVERSORA O ONDULADOR

Para que la salida se aproxime lo más posible a un sistema senoidal se suele usar el sistema de modulación PWM donde se conmuta cada IGBT varias veces por ciclo.

2.4.4 FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA PLACA DE CONTROL

Se encarga de mandar las ordenes de conmutación a los diversos semiconductores controlados

En la actualidad los variadores de frecuencia incluyen multitud de funciones adicionales como la posibilidad de elegir entre diversos programas en función de la aplicación en que sea usado, así como visualización de estados, entradas y salidas digitales y analógica…

2.5. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA APLICACIONES

Bombeo de líquidos

Soplantes en depuradoras

Aparatos elevadores

2.5. FUNDAMENTOS DE VARIADORES DE FRECUENCIA APLICACIONES

Túneles de viento Tracción eléctrica

Tejedoras Bobinadoras

1. Omron electronics 2. Fundamentos de variadores de frecuencia 3. Variadores Omron 4. Control de un motor c.a mediante un variador

3. VARIADORES OMRON

Omron Electronics posee una amplia variedad de equipos englobados en 5 familias.

Propósito general

CIMR-J7AZ

3G3MV

CIMR-E7Z

CIMR-F7Z

3. VARIADORES OMRON

Específico ascensores

Modificación F7Z Funciones específicas de elevación CIMR-L7Z

Gama de potencias específicas para ascensor.

3.1 VARIADORES OMRON CARACTERÍSTICAS COMUNES

CARACTERÍSTICAS COMUNES Firmware actualizable Parámetros de configuración Protección del motor Entradas y salidas digitales Entradas y salidas analógicas Función de comunicaciones Control PID Consola frontal

3.2. VARIADORES OMRON ACCESORIOS

Filtros EMC

Tarjetas PLC

Conversores de puertos

Resistencia de frenado

Unidades de frenado

Tarjeta de encoder

3.3. VARIADORES OMRON COMPARATIVA CIMR-L7Z

Modelo

CIMR-J7AZ

3G3MV

CIMR-E7Z

Gama de potencias en kW

0.1 – 4.0

0.1 – 7.5

0.55 – 300

3.7 – 55

0.4 – 300

Sobrecarga (%, t)

150% 1min

150% 1min

120% 1min

150% 30seg

150% 1min

Frecuencia de salida (Hz)

0.1 - 400

0.1 - 400

0.1 – 200

0.01 - 120

0.01 - 400

Autoidentificación parámetros del motor

No

No

Si

Si

Si

V/f

Si

Si

Si

Si

Si

Vectorial

No

Si

No

Si

Si

Vectorial lazo cerrado

No

No

No

Si

Si

Precisión de velocidad (%)

± 3%

± 0,2%

± 3%

± 0,02 (vectorial)

± 0,02% (vectorial)

Control de par (Sí/No)

No

No

No

No

Si

Par máximo a velocidad 0 (%)

100% a 3 Hz

150% a 1 Hz (Vectorial)

100% a 3Hz

150% a 3 Hz (vectorial)

150% a 0.3Hz (Vectorial)

Ride-through (Sí/No)

Si

Si

Si

Si

Si

Comunicaciones

Opcional: RS-232C/485 Modbus

De serie: RS-232C RS-485/422 Modbus Opcional: DeviceNet Profibus-DP CANOpen Mechatrolink II

De serie: RS-232C RS-485/422 Modbus Metasys-N2 Opcional: DeviceNet Profibus-DP CANOpen Lonworks

De serie: RS-232C RS-485/422 Modbus Opcional: DeviceNet Profibus-DP CANOpen

De serie: RS-232C RS-485/422 Modbus Opcional: DeviceNet Profibus-DP CANOpen Mechatrolink II

Capacidades tipo autómata programable

No

Tarjeta PLC Opcional

Tarjeta PLC Opcional

Tarjeta PLC Opcional

Tarjeta PLC Opcional

MÉTODO DE CONTROL

(Esp. Elevación)

CIMR-F7Z

1. Omron electronics 2. Fundamentos de variadores de frecuencia 3. Variadores Omron 4. Control de un motor c.a mediante un variador

4.1. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR MAQUETA

Autómata programable

Terminal táctil

Variador de frecuencia

Motor

4.1. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

MAQUETA

NS7-SV00B

CS1H-CPU64

Terminal táctil

Autómata programable

3G3MV

Variador de frecuencia

Motor

4.2. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

COMPONENTES: TERMINAL TÁCTIL

Actuará como interface hombre-máquina Respuesta de alta velocidad (CPU 133MHz) Pantalla LCD de 7,7 pulgadas 256 colores VGA Resolución de 640 x 480 Dos puertos para comunicaciones serie Estructura adecuada para entornos FA

Terminal táctil NS7-SV00B

4.2. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

COMPONENTES: AUTÓMATA PROGRAMABLE

Actuará como el núcleo central de la aplicación, en el estará el programa principal que gobernará la aplicación y actuará sobre el variador Programable en lenguaje no informático Microprocesador RISC de alta velocidad Programación por tareas Capacidad de Programa: Máx. 250 k pasos 2 Puertos (periféricos y comunicaciones) 32 Tareas de programa (cíclicas) Máximo de 5120 puntos de E/S 4096 Temporizadores y 4096 contadores

Autómata programable CS1H-CPU64

4.2. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

COMPONENTES: TARJETA DE COMUNICACIONES

Posibilita las comunicaciones entre el PLC y el variador de frecuencia

Aumenta el número de puertos sin usar huecos de E/S 2 puertos, un puerto RS-232C y un puerto RS-422A/485 Genera interrupciones en la CPU cuando se reciben datos Modo de comunicación Host link, NT Link (1:N) Posibilidad de programar macros

Tarjeta de comunicaciones CS1W-SCB41

4.2. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

COMPONENTES: VARIADOR DE FRECUENCIAS

Actuará sobre el motor para conseguir el funcionamiento requerido por la aplicación Control vectorial de lazo abierto Rango de frecuencia de salida 0,1..400 Hz Sobrecarga del 150% / 60 seg Par al 100% a partir de 0,5 Hz Operador digital estándar con función de copia 7 entradas digitales de programación libre Opciones de bus de campo: DeviceNet, PROFIBUS...

Variador de frecuencia SYSDRIVE 3G3MV

4.2. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

COMPONENTES: MOTOR JAULA DE ARDILLA

Equipo actuador de la aplicación. Alimentación Trifásica c.a Capacidad 1.2 kW Rotor jaula de ardilla 4 polos Velocidad nominal 1500 r.p.m (50 Hz) Corriente nominal 2,84 A

Motor trifásico

4.3. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

COMUNICACIÓN

Terminal táctil

Autómata programable

NS7-SV00B NT Link 1:1

CS1H-CPU64

Variador de frecuencia

3G3MV Modbus

Cable trifásico

Motor

4.3. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

COMUNICACIÓN: PANTALLA TÁCTIL Y AUTÓMATA

Terminal táctil NS7-SV00B

Autómata programable CS1H-CPU64

NT Link 1:1 Puerto A (RS-232C) Protocolo Omron Comunicación transparente Comunicación Bidireccional Velocidad transmisión 115200

Puerto comunicaciones (RS-232C) 7 bit de datos 2 bit de stop Paridad par

4.3. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

COMUNICACIÓN: AUTÓMATA Y VARIADOR DE FRECUENCIA Autómata programable CS1H-CPU64

Variador de frecuencia 3G3MV

Modbus

Puerto B (RS422A/485)

Tarjeta de comunicaciones CS1W-SCB41

Terminales (RS422A/485 )

Protocolo de AEG

8 bit de datos

No integrado en el PLC

1 bit de stop Sin paridad

Velocidad 9600

4.3. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

COMUNICACIÓN: VARIADOR DE FRECUENCIA Y MOTOR

Variador de frecuencia 3G3MV-AB007

Motor trifásico de corriente altena Asincrono (jaula de ardilla)

Cable trifasico

Bornas de alimentación trifásica

Bornas de salida trifásica

Conexión en triangulo

4.4. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

SOFTWARE

Terminal táctil

Autómata programable

NS7-SV00B

Variador de frecuencia

CS1H-CPU64

Motor

3G3MV

Programación a dos niveles, interface (pantalla) y programa base (autómata) Programa Interface

Programa Base

4.4. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

SOFTWARE

Programación en diagramas de contactos Programa Base

4.4. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

SOFTWARE

PLC Banco de pruebas

Configuración del Variador

Tarea principal

Control de velocidad

Lectura de velocidad

Control de par

4.4. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

SOFTWARE

Configuración

Banco de pruebas

del Variador

Tarea principal

Control de velocidad

Lectura de velocidad

Control de par

4.4. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

SOFTWARE

Programación gráfica Programa Interface

4.5. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN

4.5. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN

4.5. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN

Aumentar y disminuir la frecuencia

Gráfica de variables del conjunto motor variador tales como: Tensión, frecuencia, par…

Medidor analógico y teclado numérico de referencia de frecuencia

Volver al menú principal

Para el motor

4.5. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN

Velocidad de desplazamiento

Posición de parada

Posición del carro

Botones de llamada

Parar la simulación

Volver al menú principal

4.5. CONTROL DE UN MOTOR C.A MEDIANTE UN VARIADOR

FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN

Pone en marcha la simulación

Para la simulación

Posición de roscado

Se selecciona el nivel máximo de par

Volver al menú principal

FIN DE LA PRESENTACIÓN

AUTOR: JULIÁN CARRILLO MELO TUTOR: SEBASTIÁN MARCOS

BEJAR, OCTUBRE 2005