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Funciones especiales de Software en Accionamientos de Velocidad Variable
Garantizando la disponibilidad de operación de una planta

Es una preocupación permanente en la industria cuando se producen perturbaciones indeseadas en el sistema eléctrico, que afectan directamente a equipos auxiliares que a su vez pueden producir fallas de gran envergadura, inclusive una parada general de planta. Por ejemplo, ¿qué pasa si ante una fluctuación de voltaje y/o frecuencia se produce la desconexión de un equipo de maniobra que alimenta a un variador de frecuencia, que al mismo tiempo comanda la velocidad de un motor que tiene como carga una bomba centrífuga encargada de suministrar combustible a una caldera de una planta de celulosa?

Siguiendo la interrogante anterior, la salida de operación del equipo auxiliar redunda en una fluctuación de la dinámica de la llama del quemador, que es una combinación de aire y combustible, lo que trae consigo la entrada en operación de los sistemas de protección de la caldera, resultando en el trip de la misma y, por lo tanto, en un "Black Out". En otras palabras, la perturbación generó una detención del proceso productivo que podría tardar entre dos a cuatro horas en volver a su estado normal de operación.

Para mostrar cómo podemos prevenir dichos acontecimientos, veremos a continuación cómo los variadores de frecuencia de última generación permiten mantener una operación continua ante perturbaciones inde-seadas, tanto en tensión como en frecuencia en la línea de alimentación eléctrica.

En primer lugar, analicemos la topología típica de un variador de frecuencia con circuito intermedio en tensión (DC link). El monitoreo se efectúa siempre sobre el circuito intermedio de condensadores (DC link voltage), lo que significa que no hay un monitoreo sobre la tensión y la frecuencia de línea, por tanto eventuales perturbaciones en el suministro eléctrico se verán reflejadas en el circuito intermedio de condensadores con un cierto retraso de tiempo.


Perturbaciones de frecuencia (HZ)

Los problemas de inter-ferencias relativos a la frecuencia de línea no revisten importancia para el accionamiento si ocurren durante períodos cortos de tiempo. En cambio, si las perturbaciones ocurren por períodos prolongados pueden existir problemas de sobre temperatura en los siguientes dispositivos auxiliares del accionamiento: reactor de línea, contactor principal y puente recti-ficador. Tradicionalmente, el rango de frecuencia es de 47 hasta 63Hz. Estos valores admiten una operación continua sin fallas de por medio (incluso, por un período corto de tiempo podríamos considerar algunos valores de frecuencia un tanto mayores y menores).


Perturbaciones de tensión (V)

Respecto de la alimentación de tensión, el concepto es similar. En este caso, una tolerancia de tensión típica es de aproximadamente +-10%, lo que garantiza una operación ininterrumpida. Los rangos serían los siguientes:

El nivel de disparo por caída de tensión es de 76% sobre el nivel nominal del voltaje del DC link.

El nivel de disparo por sobre tensión es de 120% sobre el nivel nominal del voltaje del DC link.

Por lo tanto, podemos usar este rango para cubrir cortos períodos de tiempo, donde el voltaje de alimentación no se encuentre dentro de la tolerancia admisible.


Herramientas de software

Controlador de la tensión del circuito intermedio (Vdc Controller)
La función "Vdc control" puede ser activada utilizando las mediciones propias del DC link, si un sobre y bajo voltaje está presente en el mismo. Esta función comprende el control del Vdc máximo y mínimo (en el caso de este último, utilizando la función "kinetic buffering" dicho control es independiente uno de otro).


Reconexión Automática (Automatic Restart)
Esta función permite la reconexión del accionamiento ante una caída en el suministro de tensión o ante una falla de alimentación. Es decir, ante dicho evento el accionamiento recibe automáticamente una orden de reconexión, sin que se le envíe una orden de comando de partida (ya sea manual o a través de un control externo).

El accionamiento puede ser reconectado desde la condición de parada (con el motor detenido).

Utilizando en combinación la función rearranque al vuelo "flying restart" para aquellos accionamien-tos con baja inercia y torques de carga, donde el accionamiento puede ser llevado a una condición de reposo dentro de unos pocos segundos (bombas centrífugas).

Puede también ser utilizada para accionamientos con una gran inercia de carga (accionamientos para ventiladores). En este caso, es posible hacer una medición de la rotación real y acelerarlo desde ese instante hasta la condición de "setpoint" asignado.


Rearranque al vuelo (Flying Restart)
Permite capturar la rotación actual del motor, producto de una desconexión de la tensión de alimentación proveniente del variador de frecuencia y hacer un rea-rranque del mismo desde la posición actual de velocidad, siguiendo una rampa de aceleración ya configurada.

Dependiendo de la parametrización, esta función es activada en las siguientes situaciones:

Una vez que el suministro eléctrico es restablecido y la función "auto-matic restart"está activada.

Después de una orden de desconexión mediante el comando OFF2 (inhibición de los pulsos).

Cuando una nueva orden de partida es recibida por el accionamiento.

En vista de los argumentos planteados, podemos visualizar que existen diferentes opciones disponibles: algunas de ellas propias del diseño del accionamiento y otras por medio de funciones de software que nos aumentan la disponibilidad del equipo ante perturbaciones externas. Por lo tanto, si consideramos que en la línea de alimentación no existen elementos de maniobra retenidos eléctricamente, entonces el variador de frecuencia es el único elemento por el cual debemos poner atención y del cual ya pudimos apreciar que se encuentra suficientemente resguardado para confiar en su utilización como el principal método de accionamiento en cargas que requieran de velocidad variable.

Por Gonzalo Maureira, Product Manager
Siemens Accionamientos con Ingeniería.
gonzalo.maureira@siemens.com

Noviembre 2004
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Comentarios acerca de este artículo
JUAN DE DIOS SALCE SISE (12/02/2009)
QUE AHORRO SE PODRIA TENER CON UN VARIADOR DE HZ. EN CUANTO A KWh EN UN MOTOR DE 75 HP,480VAC,3F-60HZ SIN QUE ME PRODUCTO ARMONICOS,SI ES CORRECTO CUANTO KWh SE PODRIAN AHORRAR.
Jorge Medina H. Esc. Ing. Elect. U.C.V. (29/12/2004)
Un interesante planteamiento en relación a la utilización de algunos rasgos operativos de los variadores de frecuencia y asociarlos a características del software del sistema
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