Importancia del autoajuste en variadores vectoriales

Importancia del autoajuste en variadores vectoriales:

En sus inicios, los variadores ofrecían un control de velocidad muy básico. Sabiendo que el resbalamiento nominal del motor de inducción es bajo, se puede asumir que la velocidad del motor es similar a la frecuencia de salida del variador.

Por ejemplo en un motor de 1450 rpm – 50Hz nominales la velocidad en vacío es prácticamente 1500 rpm mientras que con un 100% de carga esa velocidad sólo cae 50 rpm. Con el variador de velocidad podemos inyectar cualquier frecuencia al motor, y si está bien configurado el resbalamiento siempre será de 50 rpm a plena carga.

Para lograr este comportamiento es importante programar correctamente la curva “Tensión-Frecuencia (v/f)” que le da su nombre al método de control.

Idealmente debe existir una proporcionalidad entre la tensión y la frecuencia para obtener un torque constante pero a baja frecuencia la curva real es bastante alineal y depende en gran medida de cada motor.

Es evidente que este método de control tiene problemas a baja velocidad porque el resbalamiento de 50 rpm tiene cada vez mayor peso respecto de la velocidad deseada a medida que disminuye la velocidad.

Por ejemplo si la frecuencia de salida es de 5Hz la velocidad en vacío sería de 150 rpm, pero a plena carga bajaría a 1

00 rpm resultando una variación del 33%, y eso asumiendo que la curva v/f esté bien configurada y que los parámetros del motor no varíen significativamente con la temperatura lo cual es imposible. Los variadores modernos incorporan algunas compensaciones para reducir un poco este error pero de todas formas el control v/f sigue siendo una forma poco eficiente de controlar el motor a baja velocidad.

Control Vectorial:

El control vectorial a diferencia del v/f permite estimar el flujo magnético y el torque, y en base a esas estimaciones efectúa las correcciones necesarias.

Para entender un poco el comportamiento del control vectorial hay que tener en cuenta que para compensar una diferencia de velocidad determinada el variador puede jugar con las 2 variables de salida simultáneamente:

Tensión: Aumentar la tensión de salida hace aumentar el flujo magnético lo que ayuda a reducir el resbalamiento. Sin embargo la tensión no se puede aumentar indefinidamente porque alcanzada la saturación el flujo no aumenta pero sí la corriente, reduciendo drásticamente la eficiencia del motor.

Frecuencia: Aumentar la frecuencia de salida provoca una mayor corriente de rotor lo que ayuda a generar más torque y reducir el resbalamiento, pero aumentarla sin el flujo suficiente puede provocar una corriente de rotor excesiva reduciendo nuevamente la eficiencia del motor.

Para determinar la frecuencia y tensión de salida óptima para cada condición de carga el control vectorial se basa en los parámetros del motor. De esta forma el variador sabe cómo reaccionar ante un cambio en la carga aumentando o disminuyendo tanto la tensión como la frecuencia en la proporción justa para mantener la velocidad constante.

El control vectorial bien ajustado permite fácilmente reducir el error de velocidad unas 10 veces respecto del control v/f, es decir que el error de 50 rpm del ejemplo pasaría a ser menor a 5 rpm lo que representa un 0,33% a velocidad nominal o un 3,3% a 150 rpm.

Autoajuste del motor

Las variadores de velocidad modernos incorporan un procedimiento de autoajuste que les permite identificar los parámetros del motor necesarios para optimizar el control vectorial. Si bien muchos de los parámetros están disponibles en la placa del motor, hay otros como la resistencia del bobinado y los cables, inductancia de dispersión y corriente de vacío entre otros, que difícilmente figuren.

Yaskawa ofrece 3 modos de autojuste de motor para motores de inducción:

Autoajuste rotacional (T1-01 = 0):

Para este ajuste es necesario que el motor pueda girar a velocidad nominal y en vacío o con una carga inferior al 30%. En el menú de autoajuste se ingresan los parámetros de placa del motor y se ejecuta el autoajuste durante el cual el equipo realiza pruebas en el motor a distintas velocidades. Si el ajuste resulta satisfactorio tanto la curva v/f en los parámetros E1-xx como los parámetros del motor en E2-xx quedarán configurados de acuerdo al motor por lo que probablemente no se requieran ajustes adicionales.

Autoajuste estático (T1-01 = 1):

Este autoajuste permite identificar algunos parámetros del motor pero al hacerlo sin girar el eje los parámetros E2-02 (resbalamiento nominal) y E2-03 (corriente de vacío) no pueden ser determinados. Por esa razón deberán ser ingresados manualmente luego del ajuste.

Los nuevos modelos GA500 y GA800 ofrecen la opción de postergar la medición de estos parámetros para la primera vez que se mueva el motor programando T1-12 = 1. En caso de habilitar esta función la primera vez que se mueva el motor luego del ajuste deberá hacerse con una carga inferior al 30% y una velocidad mayor al 30% de la nominal, y dejarlo en esas condiciones durante algunos segundos para que el equipo realice una correcta medición. Luego de esa medición se actualizarán automáticamente los valores de E2-02 y E2-03.

Si resultara imposible hacer el ajuste rotacional se puede ingresar manualmente el valor de E2-02 en base a la velocidad nominal especificada en la placa del motor.

Por ejemplo para un motor de 1420 rpm E2-02 = 2,67Hz. E2-02 nunca puede ser 0 Hz. Los valores típicos están entre 1Hz y 4Hz dependiendo de la eficiencia del motor.

El valor de corriente de vacío E2-03 es la corriente que toma el motor sin carga. Éste valor depende mucho de la potencia y la eficiencia del motor pero generalmente está entre un 50% y un 65% de la corriente nominal para motores de menos de 5HP, entre 40% y el 50% hasta 20HP, y entre 35% y 40% para motores más grandes.

Autoajuste de resistencia de línea (T1-01 = 2):

Éste autoajuste sólo mide la resistencia del bobinado y los cables. Resulta útil cuando el autoajuste del motor T1-01=0 o T1-01=2 fue realizado con cables cortos o de poca sección y luego en la instalación los cables definitivos son mucho más largos. De esta forma el equipo puede identificar la caída de tensión adicional en los cables. En caso de realizar los autoajustes 0 o 1 con los cables definitivos no es necesario realizar este ajuste.

Procedimiento de autoajuste en GA500: https://youtu.be/lKj_ogGKf5M

Procedimiento de autoajuste en GA800: https://youtu.be/SQEX_c8-Yqs

Otros Autoajustes:

Los variadores de velocidad modernos poseen distintos métodos de control según el tipo de motor y la aplicación, y para cada uno disponen de una serie de ajustes que ayudan en la tarea de puesta en marcha.

Autoajustes para motores de imán permanente

Tanto GA500 como GA800 pueden controlar motores de imán permanente con y sin encoder para lo cual ofrecen distintos métodos de control y autoajustes.

Los modos de autoajustes disponibles son:

Carga manual (T2-01=0): Se cargan los datos del motor manualmente en base a los resultados de un testeo previo del motor.

Ajuste estático (T2-01=1): cargando los datos básicos del motor el variador identifica los parámetros restantes haciendo mediciones sin girar el eje del motor.

Ajuste de resistencia de línea (T2-01=2): mide sólo la resistencia de los cables y bobinados. Útil en caso de haber realizado el autoajuste del motor con cables más cortos o de menor sección que los definitivos.

Ajuste de posición del pulso Z (T2-01=3): mide la posición relativa entre los polos magnéticos del motor y el pulso Z del encoder. Durante el ajuste el motor gira lentamente para identificar la posición de los polos. Obviamente el ajuste sólo está disponible para el método de control CLV/PM que trabaja con encoder.

Ajuste rotacional (T2-01=4): cargando los parámetros básicos del motor el equipo identifica los parámetros restantes haciendo mediciones mientras gira el motor en vacío.

Ajuste de inyección de alta frecuencia (T2-01=5): en caso de usar un motor IPM el equipo puede identificar la posición inicial del eje inyectando una frecuencia alta en el motor antes de arrancar. De esta forma se evitan los posibles retrocesos al momento del arranque. Este ajuste calibra los parámetros relacionados con esta función.

Autoajustes de control

Así como los autoajustes del motor permiten al variador identificar los parámetros del motor necesarios para controlarlo eficientemente, otros autoajustes permiten conocer propiedades de la carga para optimizar algunas funciones específicas:

Ajuste de inercia (T3-01=0): Disponible en métodos de control con encoder, permite identificar la inercia de la carga para optimizar funciones como el Feed-Forward que aumenta la velocidad de respuesta a los cambios de referencia, y el KEB (Kinetic Energy Backup) que permite mantener el motor operativo ante caídas momentáneas de tensión aprovechando la energía cinética de la carga.

Ajuste de ganancia del lazo de velocidad ASR (T3-01=1): Disponible en métodos de control con encoder, ajusta la ganancia del lazo de velocidad para optimizar la respuesta del motor. Este ajuste incluye la medición de inercia por lo que no es necesario realizar el ajuste T3-01=0.

Ajuste de desaceleración (T3-01=2): ajusta los tiempos de desaceleración al valor mínimo que previene fallas por sobretensión sin conectar resistencias de frenado.

Ajuste de función KEB (T3-01=3): ajusta los parámetros relacionados con la función KEB.

Ajustes de control EZOLV:

El método de control EZ OLV es un método de control vectorial simplificado para aplicaciones de torque variable como ventiladores y bombas. Soporta motores de inducción, imán permanente y sincrónicos de reluctancia (SynRM).

Configuración de parámetros del motor (T4-01=0): configura los parámetros básicos del motor para el control EZOLV.

Ajuste de resistencia de línea (T4-01=1): mide únicamente la resistencia de los cables y el bobinado.