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Control NXGpro5
9
11
Abreviaturas B
Histórico C
Siemens AG Division Process Industries and Drives Postfach 48 48 90026 NÜRNBERG ALEMANIA
A5E33474566C_AC 11/2016 Sujeto a cambios sin previo aviso
Copyright © Siemens AG 2014 - 2016, Reservados todos los derechos
Notas jurídicas Filosofía en la señalización de advertencias y peligros
Este manual contiene las informaciones necesarias para la seguridad personal así como para la prevención de daños materiales. Las informaciones para su seguridad personal están resaltadas con un triángulo de advertencia; las informaciones para evitar únicamente daños materiales no llevan dicho triángulo. De acuerdo al grado de peligro las consignas se representan, de mayor a menor peligro, como sigue.
PELIGRO Significa que, si no se adoptan las medidas preventivas adecuadas se producirá la muerte, o bien lesiones corporales graves.
ADVERTENCIA Significa que, si no se adoptan las medidas preventivas adecuadas puede producirse la muerte o bien lesiones corporales graves.
PRECAUCIÓN Significa que si no se adoptan las medidas preventivas adecuadas, pueden producirse lesiones corporales.
ATENCIÓN Significa que si no se adoptan las medidas preventivas adecuadas, pueden producirse daños materiales.
Si se dan varios niveles de peligro se usa siempre la consigna de seguridad más estricta en cada caso. Si en una consigna de seguridad con triángulo de advertencia se alarma de posibles daños personales, la misma consigna puede contener también una advertencia sobre posibles daños materiales.
Personal cualificado El producto/sistema tratado en esta documentación sólo deberá ser manejado o manipulado por personal cualificado para la tarea encomendada y observando lo indicado en la documentación correspondiente a la misma, particularmente las consignas de seguridad y advertencias en ella incluidas. Debido a su formación y experiencia, el personal cualificado está en condiciones de reconocer riesgos resultantes del manejo o manipulación de dichos productos/sistemas y de evitar posibles peligros.
Uso previsto de los productos de Siemens Considere lo siguiente:
ADVERTENCIA Los productos de Siemens sólo deberán usarse para los casos de aplicación previstos en el catálogo y la documentación técnica asociada. De usarse productos y componentes de terceros, éstos deberán haber sido recomendados u homologados por Siemens. El funcionamiento correcto y seguro de los productos exige que su transporte, almacenamiento, instalación, montaje, manejo y mantenimiento hayan sido realizados de forma correcta. Es preciso respetar las condiciones ambientales permitidas. También deberán seguirse las indicaciones y advertencias que figuran en la documentación asociada.
Marcas registradas Todos los nombres marcados con ® son marcas registradas de Siemens AG. Los restantes nombres y designaciones contenidos en el presente documento pueden ser marcas registradas cuya utilización por terceros para sus propios fines puede violar los derechos de sus titulares.
Exención de responsabilidad Hemos comprobado la concordancia del contenido de esta publicación con el hardware y el software descritos. Sin embargo, como es imposible excluir desviaciones, no podemos hacernos responsable de la plena concordancia. El contenido de esta publicación se revisa periódicamente; si es necesario, las posibles las correcciones se incluyen en la siguiente edición.
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 5
Índice
1.2 Descripción general del control .............................................................................................. 12
1.3 Protocolo de comunicaciones de celda .................................................................................. 13
2 Información de seguridad ...................................................................................................................... 15
3 Consignas de seguridad........................................................................................................................ 17
3.2 Sistema de seguridad ............................................................................................................. 17
3.3 Cumplimiento de las cinco reglas de seguridad ..................................................................... 18
3.4 Información y advertencias de seguridad ............................................................................... 19
3.5 Componentes sensibles a ESD .............................................................................................. 21
3.6 Campos electromagnéticos en instalaciones de energía eléctrica ........................................ 23
3.7 Información de seguridad ....................................................................................................... 24
4 Descripción del control NXGpro ............................................................................................................ 25
4.1 Sistema de control .................................................................................................................. 26 4.1.1 Rack de control digital (DCR) ................................................................................................. 27 4.1.2 Tarjeta de interfaz del sistema (SIB) ...................................................................................... 29 4.1.3 E/S de usuario ........................................................................................................................ 30 4.1.4 Fuente de alimentación del sistema de control ...................................................................... 30
4.2 Modos de control .................................................................................................................... 31 4.2.1 Control vectorial en lazo abierto (OLVC) ................................................................................ 36 4.2.2 Modo de prueba en lazo abierto (OLTM)................................................................................ 36 4.2.3 Control de motor síncrono (SMC) ........................................................................................... 37 4.2.4 Control de voltios/hercios (V/Hz) ............................................................................................ 39 4.2.5 Control en lazo cerrado (CLVC o CSMC) ............................................................................... 39 4.2.6 Control de motor de imanes permanentes (PMM) ................................................................. 40 4.2.7 Motor síncrono con excitatriz de DC sin escobillas (SMDC) .................................................. 46
4.3 Protecciones de vigilancia ...................................................................................................... 47
4.4 Lazos de control ...................................................................................................................... 48 4.4.1 Lazo de corriente .................................................................................................................... 48 4.4.2 Lazo de velocidad ................................................................................................................... 48 4.4.3 Lazo de flujo ............................................................................................................................ 49
5 Descripción de la interfaz de hardware .................................................................................................. 51
5.1 Interfaces no accesibles para el usuario ................................................................................ 51 5.1.1 Entradas y salidas del sistema para control de motor ............................................................ 51 5.1.2 Puerto de puntos de prueba ................................................................................................... 53 5.1.3 Alimentación del control .......................................................................................................... 54
Índice
Control NXGpro 6 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
5.1.4 Modulador y fibra óptica ......................................................................................................... 54 5.1.5 Control de bypass .................................................................................................................. 55
5.2 Interfaces accesibles para el usuario..................................................................................... 56 5.2.1 Interfaz hombre-máquina ....................................................................................................... 56 5.2.2 Entrada de inhibición (relé de control 3, CR3) ....................................................................... 57 5.2.3 Interfaz de encóder ................................................................................................................ 57 5.2.4 Entradas y salidas de usuario ................................................................................................ 59 5.2.4.1 Tarjeta de E/S de usuario ...................................................................................................... 60 5.2.4.2 E/S externa discreta vía sistema WAGO ............................................................................... 63 5.2.4.3 Interfaz para E/S externas ..................................................................................................... 63 5.2.5 Configuración de E/S ............................................................................................................. 66 5.2.6 E/S dedicadas ........................................................................................................................ 66 5.2.6.1 E/S dedicadas para precarga tipo 4 ...................................................................................... 67 5.2.6.2 E/S dedicadas para precarga tipo 5 y tipo 6 .......................................................................... 68 5.2.6.3 E/S dedicadas para protección de entradas (IP) ................................................................... 70 5.2.7 Conexiones de red ................................................................................................................. 73
6 Asignación/direccionamiento de parámetros ......................................................................................... 77
6.1 Descripciones de menús ........................................................................................................ 77
6.2 Notas de seguridad sobre cambios de parámetros ............................................................... 79
6.3 Opciones del menú Motor (1) ................................................................................................ 81
6.4 Opciones del menú Drive (Variador) (2) ................................................................................ 93
6.5 Opciones del menú Stability (Estabilidad) (3) ...................................................................... 132
6.6 Opciones del menú Auto (Automático) (4) ........................................................................... 143
6.7 Opciones del menú Main (Principal) (5) .............................................................................. 159 6.7.1 Niveles de acceso y códigos de seguridad .......................................................................... 162
6.8 Opciones del menú Log Control (Control de registros) (6) .................................................. 163
6.9 Opciones del menú Drive Protect (Protección del variador) (7) .......................................... 166
6.10 Opciones del menú Meter (Medida) (8) ............................................................................... 170
6.11 Opciones del menú Communications (Comunicaciones) (9) .............................................. 176
6.12 Opciones para varios archivos de configuración ................................................................. 180
7 Funcionamiento del control .................................................................................................................. 185
7.1 Sistema de referencia de las señales para el motor............................................................ 185
7.2 Bypass de celdas ................................................................................................................. 188 7.2.1 Bypass rápido ...................................................................................................................... 188 7.2.2 Bypass forzado: celdas sin fallo ........................................................................................... 189 7.2.3 Bypass de celda mecánico .................................................................................................. 191 7.2.4 Desplazamiento del punto neutro durante el bypass........................................................... 192
7.3 Economizador ...................................................................................................................... 199
7.5 Protección de sobrecarga térmica del motor ....................................................................... 201
7.6 Reducción por sobretemperatura térmica ........................................................................... 209
Índice
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 7
7.7 Supervisión y protección del lado de entrada ....................................................................... 211 7.7.1 Protección de un ciclo ........................................................................................................... 213 7.7.2 Protección del transformador en caso de funcionamiento monofásico de celda ................. 216 7.7.3 Protección del transformador limitando la corriente del secundario ..................................... 217 7.7.4 Protección contra pérdidas excesivas del variador .............................................................. 220 7.7.5 Detección de arcos en el sistema ......................................................................................... 224
7.8 Limitación del par de salida del variador .............................................................................. 224 7.8.1 Reducción por subtensión en la entrada .............................................................................. 224 7.8.2 Reducción por pérdida de fase en la entrada ....................................................................... 226 7.8.3 Reducción térmica del transformador ................................................................................... 227 7.8.4 Ajuste del límite de par ......................................................................................................... 227 7.8.5 Límite de debilitamiento de campo ....................................................................................... 228 7.8.6 Sobrecarga de corriente de la celda ..................................................................................... 229 7.8.7 Temporizadores de funcionamiento del variador en sobretemperatura de celda o de
transformador ........................................................................................................................ 230
7.10 Estrategia de protección tolerante del proceso .................................................................... 237
7.11 Ajuste del variador ................................................................................................................ 239 7.11.1 Ajuste automático ................................................................................................................. 239 7.11.2 Rearranque al vuelo.............................................................................................................. 241
7.12 Registradores de datos ......................................................................................................... 243 7.12.1 Registro de eventos .............................................................................................................. 243 7.12.2 Diario de incidencias/alarmas ............................................................................................... 244 7.12.3 Histórico ................................................................................................................................ 244
7.13 Fallos y alarmas .................................................................................................................... 245
8 Funciones operativas avanzadas ........................................................................................................ 247
8.1 Regulador (de velocidad) de frecuencia ............................................................................... 247
8.2 Sobremodulación .................................................................................................................. 247
8.6 Control anticipativo de flujo ................................................................................................... 252
8.7 Referencia externa de flujo ................................................................................................... 254
8.8 Frenado de doble frecuencia ................................................................................................ 254
8.9 Frenado regenerativo (seis pasos) ....................................................................................... 260
8.10 Frenado dinámico con resistencias externas ....................................................................... 262
Índice
8.11 Resistencias de atenuación de tensión ............................................................................... 263
8.12 Regulador de corriente de par ............................................................................................. 264
8.13 Regulador de corriente de magnetización ........................................................................... 264
8.14 Lazo enganchado en fase .................................................................................................... 265
8.15 Filtros de salida .................................................................................................................... 265
8.16 Transferencia síncrona ........................................................................................................ 266 8.16.1 Operación de transferencia síncrona con motores asíncronos ........................................... 268 8.16.2 Operación de transferencia síncrona con motores síncronos ............................................. 271 8.16.3 Transferencia síncrona para motores de imanes permanentes (PMM) .............................. 273 8.16.4 Ajustes de parámetros para la operación de transferencia síncrona .................................. 274
8.17 Precarga mediante SOP ...................................................................................................... 274 8.17.1 Función de limitación (aplicable a todos los tipos de precarga) .......................................... 274 8.17.2 Condiciones previas para tipos de precarga del 1 al 3 ........................................................ 275 8.17.3 Precarga tipo 1 (cerrada) ..................................................................................................... 277 8.17.4 Precarga tipo 2 (abierta) (6SR325) ...................................................................................... 280 8.17.5 Precarga tipo 3 (variadores en paralelo) (6SR325) ............................................................. 282
8.18 Precarga mediante E/S dedicadas ...................................................................................... 285 8.18.1 Función de limitación (aplicable a todos los tipos de precarga) .......................................... 285 8.18.2 Precarga mediante E/S dedicadas (6SR325) ...................................................................... 286 8.18.3 Precarga tipo 4 (resonante, transferencia abierta, solo condensadores) ............................ 287 8.18.4 Condiciones previas para tipos de precarga 5 y 6 ............................................................... 291 8.18.5 Precarga tipo 5 (abierta) ...................................................................................................... 293
8.19 Múltiples variadores en paralelo .......................................................................................... 300 8.19.1 Control de variadores en paralelo ........................................................................................ 300 8.19.2 Control de variador maestro-esclavo ................................................................................... 302
8.20 Modo de par ......................................................................................................................... 303
8.21 Control de alto rendimiento .................................................................................................. 305 8.21.1 Funcionamiento a baja velocidad ........................................................................................ 305 8.21.2 Modo de alto par de arranque .............................................................................................. 305
8.22 Aplicación con cinta transportadora ..................................................................................... 308 8.22.1 Acceso rápido a la red para aplicaciones con cinta transportadora .................................... 308 8.22.2 Modo de alto par de arranque dirigido por PLC para aplicaciones con cinta
transportadora ...................................................................................................................... 310 8.22.3 Amortiguación activa basada en PLC para aplicaciones con cinta transportadora ............ 315
8.23 Aplicaciones con cable largo ............................................................................................... 317 8.23.1 Compensación de la inductancia del cable ......................................................................... 317 8.23.2 Amortiguación de resonancias debidas al cable de salida .................................................. 318 8.23.3 Operación de motores en paralelo con cables largos ......................................................... 319
8.24 Variador con transformadores de salida .............................................................................. 320
8.25 Parámetros del circuito equivalente del motor ..................................................................... 322
9 Interfaz de usuario del software ........................................................................................................... 325
9.1 Teclado SIMATIC ................................................................................................................. 326 9.1.1 Interfaz de usuario del teclado SIMATIC ............................................................................. 326 9.1.2 Tecla Fault Reset (Reseteo de falla) e indicador LED de fallo ............................................ 328
Índice
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 9
9.1.3 Tecla AUTOMATIC ............................................................................................................... 332 9.1.4 Tecla Stop ............................................................................................................................. 332 9.1.5 Tecla Start ............................................................................................................................. 332 9.1.6 Teclas numéricas .................................................................................................................. 333 9.1.7 Tecla ENTER/CANCEL ........................................................................................................ 336 9.1.8 Teclas de función SHIFT ...................................................................................................... 337 9.1.9 Teclas de flecha .................................................................................................................... 338 9.1.10 Indicadores de diagnóstico ................................................................................................... 342 9.1.11 Pantalla ................................................................................................................................. 343 9.1.12 Resumen de las secuencias comunes de teclas de flecha y tecla shift ............................... 352
9.2 Teclado multiidioma .............................................................................................................. 355 9.2.1 Tecla FAULT RESET e indicador LED ................................................................................. 357 9.2.2 Tecla AUTOMATIC ............................................................................................................... 360 9.2.3 Tecla MANUAL STOP .......................................................................................................... 361 9.2.4 Tecla MANUAL START ........................................................................................................ 361 9.2.5 Teclas numéricas .................................................................................................................. 361 9.2.6 Tecla ENTER/CANCEL ........................................................................................................ 365 9.2.7 Tecla de función SHIFT ........................................................................................................ 365 9.2.8 Teclas de flecha .................................................................................................................... 367 9.2.9 Indicadores de diagnóstico ................................................................................................... 370 9.2.10 Pantalla ................................................................................................................................. 371 9.2.11 Resumen de las secuencias de teclas de flecha y tecla shift comunes ............................... 379
9.3 ToolSuite de NXGpro ............................................................................................................ 381
9.4 Interfaz de comunicaciones .................................................................................................. 381 9.4.1 Redes disponibles ................................................................................................................. 381 9.4.2 Redes múltiples .................................................................................................................... 381
10 Funcionamiento del software ............................................................................................................... 383
10.1 Funcionamiento y desarrollo del SOP .................................................................................. 383
10.2 Funciones lógicas de SOP ................................................................................................... 384
10.3 Evaluación de SOP ............................................................................................................... 384
10.4 Marcas de entrada ................................................................................................................ 385
10.5 Marcas de salida ................................................................................................................... 385
10.6 Descarga de SOP ................................................................................................................. 386
10.7 Carga de SOP ....................................................................................................................... 387
10.8 Múltiples archivos de configuración ...................................................................................... 387
10.9 Selección del SOP activo ..................................................................................................... 388
11 Solución de problemas de fallos y alarmas .......................................................................................... 389
11.1 Fallos y alarmas .................................................................................................................... 389
11.2 Fallos y alarmas del variador ................................................................................................ 391
11.3 Fallos y alarmas de celda ..................................................................................................... 432 11.3.1 Resolución de problemas por fallos generales de celdas de potencia y de circuitería
de celdas de potencia ........................................................................................................... 444 11.3.2 Resolución de problemas por fallos de sobretemperatura de celda .................................... 447 11.3.3 Resolución de problemas por fallos de sobretensión ........................................................... 447
Índice
Control NXGpro 10 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
11.3.4 Resolución de problemas por fallos de enlaces y comunicaciones de celda ...................... 448 11.3.5 Resumen de los indicadores de estado de los paneles de bypass mecánico de MT ......... 448
11.4 Fallos y alarmas de usuario ................................................................................................. 449
11.5 Condiciones de salida inesperadas ..................................................................................... 449 11.5.1 Reducción de velocidad ....................................................................................................... 450
11.6 Protección de entrada del variador ...................................................................................... 453
11.7 Corrupción del disco Flash .................................................................................................. 456
11.8 Pérdida de comunicación con el teclado ............................................................................. 457
A Tabla NEMA ........................................................................................................................................ 459
Introducción 1
Los variadores de media tensión SINAMICS PERFECT HARMONY GH180 comparten un sistema de control común, el control NXGpro. En este manual se describe el sistema de control NXGpro y las interfaces de usuario y el hardware relacionados. Este manual trata de la asignación de parámetros necesaria para el funcionamiento y proporciona descripciones de las funciones particulares y características avanzadas posiblemente necesarias al trabajar con el sistema de control NXGpro.
El Manual de usuario del control NXGpro está pensado para usarlo con los variadores de media tensión SINAMICS PERFECT HARMONY GH180. Este manual está pensado para que lo usen personas con conocimientos prácticos del sistema de control NXGpro. Las configuraciones específicas dentro de la familia de variadores se describen más detalladamente en el manual de instrucciones de servicio específico de cada configuración de hardware. Para obtener información acerca del mantenimiento y solución de problemas del sistema de control NXGpro, consulte el manual de instrucciones de servicio específico del variador.
Versión de software NXGpro Este manual es aplicable al software NXGpro de la versión 6,1 y posteriores.
1.1 Topología de potencia Los variadores de media tensión SINAMICS PERFECT HARMONY GH180 contienen celdas de potencia interconectadas entre sí y controladas independientemente.
Todas las celdas tienen una entrada trifásica y una salida monofásica, y se configuran en tres cadenas concatenadas individuales que forman las tres fases de salida. Los datos de control y diagnóstico se transmiten entre el control y las celdas mediante canales independientes de fibra óptica.
Introducción 1.2 Descripción general del control
Control NXGpro 12 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
1.2 Descripción general del control Los variadores SINAMICS PERFECT HARMONY GH180 siguen el principio de un control "síncrono" sencillo. Coordina la compleja topología de celdas para conseguir una sencilla modulación por ancho de impulso (PWM) multinivel en la conexión de salida del variador. Su funcionamiento básico se resume como sigue:
1. El control envía un mensaje a cada control de una celda de potencia a través de enlaces dedicados de fibra. La celda responde a través de otra fibra con diagnóstico y estado de la celda.
2. La celda ejecuta una petición excitando un par de conmutadores, con una de estas consecuencias:
– Tensión DC positiva
– Tensión DC negativa
– Tensión cero
3. El control de la celda confirma que se ha excitado el par de conmutadores.
4. El control confirma la excitación desde:
– El divisor de tensión de salida
– El transductor de corriente de salida de efecto Hall
Dos celdas nunca conmutan al mismo tiempo.
La frecuencia de conmutación de las celdas es baja en comparación con la frecuencia efectiva de conmutación del VF:
– Normalmente una frecuencia portadora de 600 Hz por polo, que resulta en una frecuencia de conmutación de 1200 Hz por celda.
La frecuencia efectiva de conmutación del VF se calcula sencillamente como:
– frecuencia de conmutación de las celdas multiplicada por el número de celdas por fase.
La frecuencia de conmutación es constante en todo el rango de frecuencias de salida.
El modo de control predeterminado es control vectorial en lazo abierto (OLVC). También se dispone de los modos de control de voltios/hercios (V/Hz), control vectorial en lazo cerrado (CLVC) con encóder y control de motor de imanes permanentes (PMM) sin encóder.
Introducción 1.3 Protocolo de comunicaciones de celda
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 13
1.3 Protocolo de comunicaciones de celda Las celdas de potencia SINAMICS PERFECT HARMONY GH180 incorporan un sencillo protocolo de comunicaciones. Mientras el variador está en funcionamiento, se envía esta información a todas las celdas:
habilitación de funcionamiento
Información de puerta
Un bit de sincronización para el motor de realimentación de temperatura
La información enviada desde las celdas consta de:
La temperatura de la celda
El estado de fallo
Un aviso de bajo nivel de tensión de celda
La información de fallos está cableada en "o" lógica, en el sentido de que todas las celdas pueden desconectarse en microsegundos tras la detección de un fallo en una sola celda. Una vez detectado un fallo, se ejecutan rutinas de diagnóstico para identificar con exactitud el fallo y la ubicación de la celda.
Protocolo avanzado (AP) Para ciertas celdas de potencia GH180 se dispone de un protocolo avanzado (AP) que proporciona información adicional, tanto desde como hacia las celdas de potencia. AP mantiene la compatibilidad retroactiva con las celdas tradicionales.
AP necesita que se instalen en las celdas de potencia tarjetas de control de celda (CCB) específicas, aptas para la comunicación utilizando AP. No todas las celdas de potencia pueden utilizar CCB de tipo AP.
El control examina las celdas una por una para averiguar si están provistas de CCB que admitan AP, y en caso de detectar una celda del tipo anterior, activa dinámicamente el protocolo original. Aunque esta función está disponible en el control, en algunos casos puede no ser factible mezclar tipos diferentes de celdas dentro de la electrónica de potencia, a menos que funcionen con el mínimo común denominador de capacidad de celda.
AP ofrece realimentación adicional desde las celdas equipadas con este protocolo para el control mientras el variador está funcionando. AP mantiene las señales rápidas heredadas necesarias para el control y la gestión de fallos.
Introducción 1.3 Protocolo de comunicaciones de celda
Control NXGpro 14 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 15
Información de seguridad 2
Información de seguridad Siemens suministra productos y soluciones con funciones de seguridad industrial que contribuyen al funcionamiento seguro de instalaciones, sistemas, soluciones, máquinas y redes.
Para proteger contra ciberataques instalaciones, sistemas, soluciones, máquinas y redes es necesario implementar, y mantener continuadamente, un concepto de seguridad industrial (Industrial Security) sostenible acorde con las últimas tecnologías. Los productos y soluciones de Siemens son solo una parte de dicho concepto.
El cliente es responsable de impedir el acceso no autorizado a sus instalaciones, sistemas, soluciones, máquinas y redes. Los sistemas, máquinas y componentes deberán conectarse a la red corporativa y a Internet únicamente cuando sea necesario y se hayan tomado las correspondientes medidas de seguridad (p. ej., uso de cortafuegos y segmentación de redes).
Además conviene observar las recomendaciones de Siemens sobre las correspondientes medidas de seguridad. Encontrará más información sobre seguridad industrial en: http://www.siemens.com/industrialsecurity.
Los productos y soluciones de Siemens son objeto de mejoras continuas para hacerlos aún más seguros. Siemens recomienda expresamente actualizar los programas y equipos tan pronto como estén disponibles las correspondientes actualizaciones y usar siempre las versiones actuales de los productos. El uso de versiones de producto que han dejado de estar soportadas o el no usar las últimas actualizaciones puede aumentar la exposición del cliente a ciberataques.
Para estar siempre informado de las actualizaciones de productos, abónese al feed RSS de Siemens Industrial Security en http://www.siemens.com/industrialsecurity.
Información de seguridad
Consignas de seguridad 3 3.1 Información general de seguridad
Uso adecuado Los variadores de media tensión SINAMICS PERFECT HARMONY GH180 siempre se deben instalar en salas eléctricas cerradas. El variador se conecta a la red eléctrica mediante un interruptor automático.
Al transportar el equipo se deben cumplir las condiciones de transporte específicas. Los equipos se deben montar/instalar y los distintos armarios se deben conectar correctamente mediante cable o barras de acuerdo con las instrucciones de montaje/instalación. Se deben cumplir estrictamente las instrucciones pertinentes relativas al almacenamiento correcto, la instalación conforme a CEM, el cableado, el apantallamiento y la puesta a tierra y una fuente de alimentación auxiliar. El funcionamiento libre de fallos también depende de un uso y mantenimiento cuidadosos. Consulte la sección Directrices de instalación con CEM del manual de instrucciones de servicio del variador.
Las secciones de potencia están diseñadas para accionamientos de velocidad variable con motores síncronos y asíncronos. Sólo se permiten modos de funcionamiento, condiciones de sobrecarga, ciclos de carga y condiciones ambientales diferentes a los descritos en este documento si han sido consultados previamente al fabricante.
La puesta en marcha solo deberá ser realizada por personal de servicio técnico formado de acuerdo con las instrucciones de puesta en marcha.
Los componentes del sistema, como el interruptor automático, el transformador, los cables, la unidad de refrigeración, el motor, los sensores de velocidad, etc., deberán ser adecuados para funcionar con variadores. La configuración del sistema sólo puede ser realizada por un integrador de sistemas experimentado.
3.2 Sistema de seguridad El variador de frecuencia (VF) de media tensión y sus componentes están sujetos a un minucioso sistema de seguridad que, si se implementa correctamente, asegura una total seguridad en la instalación, el funcionamiento, el servicio técnico y el mantenimiento.
El sistema de seguridad incluye componentes y funciones diseñados para proteger el dispositivo y a sus operadores.
El VF también está equipado con funciones de supervisión para proteger los componentes externos.
El VF funciona de modo seguro cuando los sistemas de enclavamiento y protección funcionan correctamente. Sin embargo, algunas zonas del variador de media tensión pueden ser peligrosas para las personas y causar daños materiales si no se observan estrictamente las instrucciones de seguridad descritas en esta sección y en el conjunto de la documentación del producto.
Consignas de seguridad 3.3 Cumplimiento de las cinco reglas de seguridad
Control NXGpro 18 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
3.3 Cumplimiento de las cinco reglas de seguridad Hay cinco reglas de seguridad que siempre se deben respetar no sólo para garantizar la seguridad del personal, sino también para evitar daños materiales. Es imprescindible obedecer siempre los rótulos de seguridad situados en el propio producto y leer y comprender todas las precauciones de seguridad antes de hacer funcionar o de trabajar con el variador.
Las cinco reglas de seguridad:
1. Desconectar el sistema.
2. Proteger contra reconexión.
3. Cerciorarse de la ausencia de tensión.
4. Colocar dispositivos de puesta a tierra.
5. Cubrir o delimitar los componentes adyacentes que aún estén bajo tensión.
PELIGRO
Peligro a causa de altas tensiones
Las altas tensiones pueden causar la muerte o lesiones graves si no se observan las instrucciones de seguridad o si se maneja incorrectamente el equipo.
Cuando este equipo está en marcha se producen tensiones potencialmente fatales que pueden permanecer incluso después de apagar el variador.
Es preciso asegurarse de que los trabajos en los equipos los realice únicamente personal cualificado y formado.
Observe las cinco reglas de seguridad en cada fase del trabajo.
Consignas de seguridad 3.4 Información y advertencias de seguridad
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 19
3.4 Información y advertencias de seguridad
PELIGRO
¡Tensión peligrosa! • Siga siempre siga los procedimientos adecuados de bloqueo/señalización antes de
comenzar cualquier trabajo de mantenimiento o solución de problemas en el variador. • Siga siempre las precauciones estándar de seguridad y la normativa local durante la
instalación de cableados externos. La instalación debe hacerse de acuerdo con las prácticas de cableado y sistemas de aislamiento especificados en la norma IEC 61800-5-1,
• Es posible que sigan existiendo tensiones peligrosas dentro de los armarios del variador aunque el seccionador esté abierto (off) y la alimentación esté desconectada.
• Únicamente el personal cualificado debe instalar, operar, solucionar problemas en este variador y realizar su mantenimiento. El término "personal cualificado" se refiere a personas familiarizadas con la construcción y funcionamiento del equipo y con los peligros asociados.
• Trabaje siempre con una mano, utilice guantes de seguridad para trabajos eléctricos, botas de seguridad homologadas para trabajos eléctricos y gafas de seguridad. Igualmente, trabaje siempre en presencia de otra persona.
• Tenga siempre extrema precaución al manipular o medir componentes que estén dentro de la envolvente. Tenga cuidado para evitar que los cables de los instrumentos se cortocircuiten entre sí o toquen otros terminales.
• Utilice únicamente instrumentos (p. ej., medidores, osciloscopios) concebidos para la medición de alta tensión (es decir, el aislamiento se proporciona dentro del instrumento, no a través de la tierra de chasis del instrumento).
• Nunca piense que con abrir el seccionador de entrada eliminará toda tensión eléctrica de los componentes internos. Sigue habiendo tensión en los terminales del seccionador de entrada. Además, puede haber presentes tensiones que se apliquen desde otras fuentes externas.
• Nunca toque nada dentro de los armarios del variador hasta haber verificado que no están calientes ni sometidos a tensiones eléctricas.
• Nunca elimine protectores de seguridad (marcados con una señal de ALTA TENSIÓN) ni intente medir puntos por debajo de los protectores.
• Nunca haga funcionar el variador con las puertas del armario abiertas. La única excepción es el armario de control que trabaja con muy bajas tensiones (ELV).
• Nunca conecte aparatos de medida u osciloscopios puestos a tierra (es decir, no aislados) al sistema.
• Nunca conecte o desconecte ningún aparato de medida, cableado o placa de circuito impreso mientras el variador esté bajo tensión.
• Nunca neutralice la puesta a tierra del instrumento. • Si un sistema está configurado con aparellaje de bypass del variador (p. ej., contactores
entre red y motor, y entre el variador y el motor), estos aparatos deben enclavarse de forma que la tensión de red nunca se aplique a la salida del variador si la media tensión de entrada no está aplicada al variador.
Consignas de seguridad 3.4 Información y advertencias de seguridad
Control NXGpro 20 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
ADVERTENCIA
Riesgo potencial de arco eléctrico • Los arcos eléctricos pueden ocasionar daños materiales, lesiones graves e incluso la
muerte. • No se ha comprobado la resistencia del equipo a los arcos eléctricos internos, ni se ha
homologado a ese efecto. • Para evitar el riesgo de arcos eléctricos, el equipo se debe instalar y mantener
correctamente. • Un equipo aplicado incorrectamente, cables desconectados o incorrectamente
seleccionados o conectados o la presencia de materiales extraños pueden provocar arcos eléctricos en el equipo.
• Siga todas las normas y directrices de prevención aplicables empleadas al trabajar con equipos de media tensión.
• El equipo sólo deberá usarse: – Para las aplicaciones definidas como adecuadas en la descripción técnica. – En combinación con equipos y componentes suministrados por otros fabricantes que
hayan sido aprobados y recomendados por Siemens.
A lo largo de este manual aparecen precauciones y advertencias de seguridad adicionales. Estos mensajes son importantes y deben seguirse para reducir el riesgo de lesiones personales o daños al equipo.
ADVERTENCIA
Observe las reglas para evitar el peligro de muerte • Cumpla siempre los reglamentos y normas locales a la hora de eliminar componentes
defectuosos. • Utilice siempre un camión con plataforma lisa y plana para transportar el sistema de
variador. Antes de descargar, asegúrese de que la base de hormigón está nivelada para el almacenamiento y la ubicación permanente.
• Confirme siempre que las especificaciones del tonelaje de grúas, cables y ganchos son las adecuadas cuando eleve el sistema de variador. Si se deja caer o se hace descender demasiado rápido el armario, la unidad podría sufrir daños.
• Nunca desconecte la alimentación del control mientras esté conectada la media tensión. Esto podría causar un sobrecalentamiento o daños graves en el sistema.
• Nunca almacene material inflamable en, sobre o cerca de la envolvente del variador. Esto incluye los manuales y planos del equipo.
• Nunca utilice carretillas elevadoras para elevar armarios que no estén equipados con ranuras de elevación. Asegúrese de que las uñas de la carretilla elevadora encajan con las ranuras de elevación correctamente y de que tienen la longitud adecuada.
Consignas de seguridad 3.5 Componentes sensibles a ESD
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 21
3.5 Componentes sensibles a ESD
Directrices para el manejo de dispositivos sensibles a descargas electrostáticas (ESD)
ATENCIÓN
Equipos sensibles a ESD • Tenga siempre presente la posibilidad de descargas electrostáticas (ESD) al tocar o
trabajar cerca de componentes dentro del armario del variador. Los circuitos impresos contienen componentes que son sensibles a descargas electrostáticas. Sólo el personal cualificado debe realizar tareas de manipulación y servicio técnico de los componentes sensibles a ESD, y sólo tras leer y comprender las técnicas adecuadas para ESD. Deben cumplirse las directrices sobre ESD siguientes. El cumplimiento de estas directrices puede reducir notablemente la posibilidad de daños por ESD a los componentes de circuitos impresos (PCB).
• Transporte siempre los equipos sensibles a descargas electrostáticas en bolsas antiestáticas.
• Utilice siempre un soldador que tenga la punta puesta a tierra. Asimismo, utilice una bomba desoldadora metálica o una trenza de cobre al deshacer las soldaduras.
• Asegúrese de que toda persona que maneje los circuitos impresos lleva una pulsera estática puesta a tierra adecuadamente. La pulsera debe conectarse a tierra a través de una resistencia de 1 megaohmio. Prácticamente todos los mayoristas de electrónica comercializan kits de conexión a tierra.
• Puede eliminar la carga estática acumulada en un objeto conductor tocándolo con una pieza de metal conectada a tierra adecuadamente.
• Al manipular un circuito impreso, sujételo siempre por los bordes. • No deslice circuitos impresos (PCB) por ninguna superficie (p. ej., mesa o banco de
trabajo). En la medida de lo posible, realice el mantenimiento de los PCB en una estación de trabajo que tenga una cobertura conductora conectada a tierra a través de una resistencia de 1 megaohmio. Si no se dispone de un mantel conductor para la mesa, una superficie limpia de aluminio o de acero es un excelente sustituto.
• Evite el plástico, el Styrofoam™, el vinilo y otros materiales no conductores. Se trata de excelentes generadores de cargas electrostáticas y no ceden su carga fácilmente.
• Al devolver componentes a Siemens Industry, Inc. utilice siempre embalajes seguros frente a las descargas electrostáticas. Esto limita todo daño posterior debido a ESD.
Consignas de seguridad 3.5 Componentes sensibles a ESD
Control NXGpro 22 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
Componentes que pueden destruirse por descargas electrostáticas (ESD)
ATENCIÓN
Los componentes electrónicos se pueden destruir con un manejo, transporte, almacenamiento o expedición incorrectos.
Embale los componentes electrónicos con un embalaje ESD adecuado, como espuma ESD, bolsas ESD y cajas ESD.
Para evitar daños en los equipos, siga las instrucciones indicadas a continuación.
Evite el contacto físico con componentes electrónicos. Si hay que realizar un trabajo absolutamente esencial en esos componentes, se debe usar uno de estos equipos protectores:
– Pulsera ESD puesta a tierra
– Calzado ESD o bandas ESD de puesta a tierra del calzado, si también el suelo es ESD
No deje componentes electrónicos cerca de terminales de datos, monitores o televisores. Deje una distancia mínima a la pantalla de 10 cm.
Los componentes electrónicos no deben tocar materiales aislantes eléctricos, tales como láminas de plástico, piezas de plástico, soportes de mesas aislantes o tejidos de fibras sintéticas.
Deje los componentes en contacto con materiales preparados para ESD, como mesas ESD, superficies ESD o embalaje ESD.
Realice mediciones en los componentes sólo si se cumple una de estas condiciones:
– El dispositivo de medida está puesto a tierra con un conductor de protección.
– El cabezal de medida de un dispositivo de medida flotante se ha descargado directamente antes de la medición.
En las figuras siguientes se vuelven a ilustrar las medidas de protección ESD necesarias en toda la zona de trabajo para los dispositivos sensibles a descargas electrostáticas: En la norma DIN EN 61340-5-1 se especifican las instrucciones precisas para las medidas de protección ESD.
Consignas de seguridad 3.6 Campos electromagnéticos en instalaciones de energía eléctrica
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 23
1 Sentado 2 De pie 3 De pie/sentado a Suelo conductor, sólo eficaz junto a calzado ESD o bandas ESD de puesta a tierra del calzado b Mobiliario ESD c El calzado ESD y las bandas ESD de puesta a tierra del calzado sólo son eficaces si el suelo
es conductor. d Ropa ESD e Pulsera ESD f Conexión a tierra de armario
Figura 3-1 Medidas de protección ESD
3.6 Campos electromagnéticos en instalaciones de energía eléctrica
ADVERTENCIA
Durante el funcionamiento de instalaciones de energía eléctrica se generan campos electromagnéticos.
Los campos electromagnéticos pueden afectar a los aparatos electrónicos y provocar errores de funcionamiento en dichos aparatos. Por ejemplo, puede verse perjudicado el funcionamiento de los marcapasos, lo que puede tener consecuencias nocivas para la salud e incluso provocar la muerte. Por ello está prohibido que las personas que llevan marcapasos permanezcan en dichas áreas.
El operador de planta tiene la responsabilidad de proteger adecuadamente al personal que trabaja en ella y a otras personas frente a cualquier posible riesgo por medio de las medidas adecuadas (etiquetas y advertencias).
Tenga en cuenta las normas de salud y seguridad nacionales vigentes. Por ejemplo, en materia de campos electromagnéticos, en Alemania son aplicables las normas BGV B11 y BGR B11, estipuladas por la asociación profesional alemana.
Coloque las señales de advertencia oportunas en la instalación. Acote las zonas peligrosas. Tome medidas para reducir los campos electromagnéticos en su punto de generación,
p. ej., utilizando pantallas al efecto. Asegúrese de que el personal utilice los equipos de protección adecuados.
Consignas de seguridad 3.7 Información de seguridad
Control NXGpro 24 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
3.7 Información de seguridad Siemens proporciona productos y soluciones con funciones de seguridad industrial para que el funcionamiento de plantas, soluciones, máquinas, equipos y redes sea segura. Son componentes importantes en un sistema holístico de seguridad industrial. Por esta razón, los productos y soluciones de Siemens se desarrollan continuamente. Siemens le recomienda encarecidamente que compruebe periódicamente la existencia de actualizaciones de productos.
Para que los productos y soluciones Siemens funcionen con seguridad, es necesario realizar las acciones preventivas adecuadas e integrar todos los componentes dentro de un sistema holístico de seguridad industrial de última tecnología. También se deben tener en cuenta los productos de terceros que se estén utilizando. Para obtener más información sobre seguridad industrial, visite http://www.siemens.com/industrialsecurity.
Suscríbase a los boletines específicos de producto a fin de estar informado acerca de las actualizaciones de productos en cuanto se produzcan. Para obtener más información, visite http://support.automation.siemens.com.
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 25
Descripción del control NXGpro 4
El control NXGpro supervisa las condiciones y el estado de la potencia de entrada, coordina todos los componentes de potencia, controla la potencia de salida al motor y realiza funciones especiales como la integración en un proceso o la transferencia síncrona de motores a y desde la red. Al mismo tiempo, el control protege el variador, el proceso de sistema conectado y el motor. Con celdas especialmente equipadas, el control también permite que éstas regeneren limpiamente la energía enviándola de vuelta hacia la línea de alimentación de entrada.
Figura 4-1 Esquema funcional del control NXGpro
Nota
El término velocidad se utiliza en este manual.
Descripción del control NXGpro 4.1 Sistema de control
Control NXGpro 26 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
4.1 Sistema de control El sistema de control NXGpro consta de cuatro secciones funcionales principales:
1. Rack de control digital (DCR)
2. Interfaz del sistema
4. Alimentación
Descripción del control NXGpro 4.1 Sistema de control
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 27
En las secciones siguientes se describen las secciones funcionales.
4.1.1 Rack de control digital (DCR) El DCR de NXGpro es un sistema combinado que consta de tres partes:
1. Tarjeta de control principal
2. Tarjeta de fibra óptica
3. Ordenador monotarjeta, en formato ETX, conectado a la tarjeta de control principal.
Descripción del control NXGpro 4.1 Sistema de control
Control NXGpro 28 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
1 Cubierta con aberturas rompibles de ampliación 2 Ampliación de fibra óptica 3 Tarjeta de control principal 4 Tarjeta de fibra óptica 5 Red 1 (opcional) 6 Red 2 (opcional) 7 Bypass, FO de E/S de usuario, E/S crítica y comunicación por fibra óptica adicional 8 Interfaz del sistema 9 Puertos USB (2) 10 Unidad CompactFlash 11 Módem/depuración 12 Teclado 13 E/S de usuario externa (serie) 14 VGA
Figura 4-3 Rack de control digital de NXGpro (DCR)
Descripción del control NXGpro 4.1 Sistema de control
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 29
Tarjeta de control principal La tarjeta de control principal realiza tres funciones principales:
Digital: La sección del subsistema digital de la tarjeta de control principal ejerce una función doble:
– Proporciona varias interfaces de comunicación de datos para control.
– Procesa los datos de realimentación digitalizados del motor procedentes de la sección analógica y los convierte en órdenes de disparo de polo para las celdas de potencia.
Analógica: La sección del subsistema analógico de la tarjeta de control principal ejerce una función triple:
– Recibe las entradas analógicas de realimentación del motor.
– Acondiciona analógicamente las señales de entrada de realimentación.
– Convierte las señales de realimentación acondicionadas en datos digitales.
Alimentación: La sección de alimentación de la tarjeta de control principal se divide en tres partes:
– Entrada de alimentación DC con redundancia.
– Conversión DC/DC con salidas reguladas.
– Detección de fallos en la alimentación.
Tarjeta principal de fibra óptica/tarjetas de ampliación de fibra óptica Cada tarjeta principal de fibra óptica tiene una función triple:
Punto de conexión y generación de señal para todas las conexiones de fibra óptica del sistema de control.
Punto de conexión para los módulos de comunicaciones de red Anybus.
Función mecánica, utilizando varias dimensiones físicas de la tarjeta que permiten utilizar el radio de curvatura adecuado de cada cable de fibra óptica durante el montaje mecánico del armario de control.
Las tarjetas de ampliación de fibra óptica son tarjetas adicionales, una por fase (A, B, C), a la tarjeta principal de fibra óptica y se usan para ampliar un DCR que funcione con 12 celdas de potencia, a fin de que funcione con 24, Las tarjetas de ampliación de fibra óptica se alimentan eléctricamente de la tarjeta principal de fibra óptica.
4.1.2 Tarjeta de interfaz del sistema (SIB) La tarjeta de interfaz del sistema (SIB) tiene una función doble:
1. Interfaz entre la realimentación del sistema del variador y el DCR.
2. Plataforma para un circuito dedicado para el control del interruptor de entrada del variador (Permiso de M1).
Descripción del control NXGpro 4.1 Sistema de control
Control NXGpro 30 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
4.1.3 E/S de usuario La tarjeta de E/S de usuario de fibra óptica (a la E/S de usuario también se la llama E/S interna por razones de compatibilidad ascendente con los sistemas NXG) está pensada para ser la conexión de la interfaz externa del cliente con el sistema de control del variador. Cada E/S de usuario tiene:
16 entradas digitales
20 salidas digitales
3 entradas analógicas
2 salidas analógicas
Una tarjeta contiene todas las E/S de usuario. Se pueden conectar conjuntamente hasta cuatro E/S de usuario a fin de aumentar el número de E/S disponible para su uso. Una sola tarjeta de E/S de usuario de fibra óptica necesita una alimentación capaz de proporcionar +24 V DC (+/-5%), 1 A a 50 °C como mínimo.
Algunas aplicaciones incluyen el sistema de E/S WAGO externo, pero no está presente en todos los sistemas. Para más información, consulte la sección E/S externa discreta vía sistema WAGO.
Consulte también E/S externa discreta vía sistema WAGO (Página 63)
4.1.4 Fuente de alimentación del sistema de control El control utiliza una fuente de alimentación AC/DC externa. A la fuente de alimentación externa entra tensión AC, para proporcionar tres salidas de tensión DC:
1. +12 V DC digital
2. +/-15 V DC analógico
3. +/- efecto Hall (opciones de +/-15 V DC o +/-24 V DC)
Una sola tarjeta de E/S de usuario de fibra óptica necesita una alimentación capaz de proporcionar +24 V DC (+/-5%), 1 A a 50 °C como mínimo.
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 31
Figura 4-4 Interacción de las secciones funcionales
4.2 Modos de control
Control vectorial Los variadores SINAMICS PERFECT HARMONY GH180 usan el control vectorial para controlar motores asíncronos y síncronos. El control vectorial proporciona un entorno fácil de implementar, y con casi las mismas prestaciones que un motor CC. En la figura Algoritmos de control vectorial se muestra una representación simplificada de los algoritmos de control vectorial implementados en los variadores. Los componentes básicos del control vectorial son:
1. Modelo de motor: determina el flujo, el ángulo y la velocidad del motor.
2. Reguladores de corriente: estos reguladores se denominan lazos internos.
3. Reguladores de flujo y velocidad: estos reguladores se denominan lazos externos.
4. Compensación de lazo cerrado (FF): mejora la respuesta transitoria del lazo de par y del lazo de flujo.
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro 32 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
Componentes del control vectorial
Modelo de motor
El modelo de motor utiliza la tensión medida del motor y la caída de tensión estimada de la resistencia del estátor para determinar la amplitud de flujo del estátor, la velocidad del motor y el ángulo de flujo. Esto hace posible automatizar la compensación de resistencia del estátor. Para simplificar las ecuaciones de motor, basta con transformar las magnitudes trifásicas AC según un sistema de referencia estacionario, a magnitudes DC según un sistema de referencia en rotación síncrona o DQ. Un lazo enganchado en fase (PLL) dentro del modelo de motor sigue la frecuencia del estátor y el ángulo del vector de flujo.
Reguladores de flujo y velocidad
La amplitud de flujo del motor es controlada por el regulador de flujo; su salida constituye la orden para el componente magnetizante o de generación de flujo. La velocidad del motor se determina a partir de la frecuencia del estátor, y es controlada por el regulador de velocidad. Su salida es la orden para el regulador de corriente generadora de par. En máquinas asíncronas se compensa el deslizamiento en la velocidad.
Reguladores de corriente
El ángulo de flujo se utiliza para descomponer las corrientes de motor medidas en sus componentes magnetizantes y generadoras de par. Esta descomposición posibilita el control independiente del flujo y el par, de modo similar al control de motores DC. Los reguladores de corriente ajustan estos componentes de corriente a los valores deseados. Las salidas de los reguladores de corriente se combinan y se convierten para producir las órdenes de tensión trifásica que se modifican por medio de señales de otras diversas rutinas de control antes de enviarse al modulador. Estas rutinas de control incluyen:
Compensación de tiempo muerto para compensar el tiempo muerto producido durante la conmutación de los IGBT superior e inferior de cada polo en una celda de potencia.
Reducción de pico para la inyección de tercer armónico para maximizar la tensión de salida del variador y para el desplazamiento del neutro del variador durante el bypass de celda transparente.
Órdenes de tensión para generar pérdidas para el frenado de doble frecuencia.
Compensación de lazo abierto
La respuesta transitoria de los reguladores de flujo y de par se mejora con el uso de la compensación de lazo abierto (FF), como se muestra en la figura Algoritmos de control vectorial.
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 33
Los números entre corchetes muestran la ID de parámetro de la función correspondiente.
Figura 4-5 Algoritmos de control vectorial
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro 34 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
Tabla 4- 1 Símbolos usados en la figura Algoritmos de control vectorial
Símbolo Descripción FlujoDS Componente D del flujo del motor referenciado al estátor, también equivalente al flujo del
motor, ya que el componente Q es igual a cero. El flujo del motor se define como: Motor_Voltage / Stator_Frequency (rad/s). El flujo (cuya unidad es el voltio-segundo) también es proporcional (pero no igual) a la relación voltios por hercio.
r Para motores asíncronos: Motor_Speed = Stator_Frequency / Pole_Pairs – Slip_Speed Ésta es la frecuencia (mecánica) del rotor, que es equivalente a la velocidad del motor. Para motores síncronos: Motor _Speed = Stator_Frequency / Pole_Pairs
Ids Componente magnetizante de la corriente del motor. Iqs Componente generadora de par de la corriente del motor. Vds,ref Salida del regulador de corriente de magnetización utilizado en la transformación inversa
D-Q para generar tensiones trifásicas. Vqs,ref Salida del regulador de corriente de par utilizado en la transformación inversa D-Q para
generar tensiones trifásicas. ωs Frecuencia del estátor o frecuencia de salida del variador. Es igual a velocidad del motor
(r) + deslizamiento. θs Ángulo de flujo. Esta es la posición instantánea del vector giratorio de flujo. Ia, Ib, Ic Corrientes de fase del motor.
El par del motor, en Newtons metro, y la potencia mecánica se pueden calcular así: Par (Nm) = 3 * Pole_Pairs * Flujo (V-s) * Iqs (A) ≈ 3 * Pole_Pairs * Motor_Voltage (V) * Iqs (A) / (2 π * frecuencia (Hz)) Potencia mecánica (W)
= par (Nm) * velocidad (rad/s) = par (Nm) * velocidad (rpm) / 9,55
Velocidad nominal
= 120 * frecuencia nominal / número de pares de polos
Modos de control vectorial El control proporciona varios modos de control. Los modos se describen en las secciones siguientes.
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 35
Resumen de los modos de control Modo de control Control vectorial Tipo de motor Encóder Características Modo de control vectorial en lazo abierto (OLVC)
Control vectorial Asíncrono Sin encóder • Opción de bypass rápido
• Opción de rearranque al vuelo
Modo de prueba en lazo abierto (OLTM)
N/A No para control de motor
N/A Bypass rápido y rearranque al vuelo inhabilitados
Modo de control de motor síncrono (SMC)
Control vectorial Síncrono Sin encóder • Opción de bypass rápido
• Opción de rearranque al vuelo
Modo de control de voltios/hercios (V/Hz)
Sin control vectorial Asíncronos, generalmente varios en paralelo
Sin encóder • Sin bypass rápido • Sin rearranque al
vuelo
Control vectorial Asíncrono Con encóder • Opción de bypass rápido
• Opción de rearranque al vuelo
Control de motor síncrono en lazo cerrado (CSMC)
Control vectorial Síncrono Con encóder • Opción de bypass rápido
• Opción de rearranque al vuelo
Modo de control de motor de imanes permanentes (PMM)
Control vectorial Motor de imanes permanentes
Sin encóder • Opción de bypass rápido
• Opción de rearranque al vuelo
• Alto par de arranque habilitado automáticamente
Modo de excitación de motor síncrono DC sin escobillas (SMDC)
Control vectorial Síncrono con excitatriz de DC
Sin encóder • Sin bypass rápido • Sin rearranque al
vuelo
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro 36 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
4.2.1 Control vectorial en lazo abierto (OLVC) El control vectorial en lazo abierto (OLVC) se usa en la mayoría de las aplicaciones de un motor asíncrono. En este modo, el control estima el deslizamiento del motor como una función del par de carga, y proporciona prestaciones iguales que las del variador con control vectorial con sensor/transductor de velocidad, por encima de una determinada velocidad mínima. Con los parámetros de motor correctos, el control puede proporcionar un buen rendimiento incluso a 1% de la velocidad nominal.
En este modo, la realimentación de velocidad se sintetiza a partir de la frecuencia del estátor y el deslizamiento estimado del motor, y la compensación de deslizamiento es automática.
En este modo de control, si se selecciona rearranque al vuelo, el variador empieza barriendo la gama de frecuencias para detectar la velocidad del motor en rotación. Una vez que el variador ha finalizado el barrido, o si se ha desactivado la función, el variador pasa al estado Magnetizando. Durante este estado, el variador varía el flujo del motor según la pendiente de rampa del flujo especificada hasta alcanzar el valor ordenado. El variador sólo pasa al estado En Marcha cuando la realimentación de flujo está dentro del 90% del valor de flujo ordenado. Una vez en estado En Marcha, el variador aumenta la velocidad hasta el valor deseado. Para este modo de funcionamiento se requieren todos los parámetros del motor y del variador. Para la mayoría de las aplicaciones, son suficientes los valores por defecto de ganancias del lazo de control.
4.2.2 Modo de prueba en lazo abierto (OLTM)
PRECAUCIÓN
El modo de prueba en lazo abierto (OLTM) sólo se usa para pruebas durante la puesta en marcha.
No use este modo para controlar un motor. Este modo está concebido solamente para la puesta en marcha, a fin de ajustar la polaridad correcta de la realimentación de corriente. La velocidad no debería superar el 20% de la velocidad nominal durante el uso.
En OLTM se ignoran las señales de realimentación de corriente del motor. Este modo de control se usa durante la configuración del variador, para verificar la modulación en las celdas o para probar el variador en vacío. También se puede usar cuando se conecta por primera vez el motor al variador, para asegurarse de que los transductores de efecto Hall funcionen correctamente y proporcionen las señales de realimentación con polaridad correcta. No use este modo para ajustar factores de escala para tensiones y corrientes de entrada y salida.
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 37
En este modo, el variador atraviesa el estado Magnetizando y pasa al estado En Marcha sin tener en cuenta el flujo del motor. Para este modo sólo se necesitan los valores de la placa de características y algunos parámetros referentes al variador. Asegúrese de que se hayan configurado estos ajustes de parámetros para este modo de control:
El bypass rápido y el rearranque al vuelo están inhabilitados internamente para este modo.
Incrementar los tiempos de aceleración y deceleración en el menú Speed Ramp (Rampa de velocidad).
Reducir la demanda de flujo. Pueden producirse inestabilidad de flujo y de tensión con un motor conectado.
Desacople los motores conectados de las cargas. No haga funcionar el variador a más del 20 a 25% del nominal, esto basta para verificar la polaridad de la realimentación de corriente.
4.2.3 Control de motor síncrono (SMC) Para el control de motores síncronos (SMC), el variador está provisto de un regulador de campo que normalmente consiste en un regulador de corriente basado en un SCR. El regulador de campo se encarga de mantener el nivel de corriente de campo especificado por el regulador de flujo. En la figura siguiente, se muestra un ejemplo de aplicación para un motor síncrono sin escobillas.
Figura 4-6 Disposición de variador para motor síncrono con excitatriz AC sin escobillas
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro 38 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
La figura muestra un motor síncrono sin escobillas con la excitatriz estática devanada para corriente trifásica en el rango de entre 350 y 400 voltios. De no ser así, se necesita un transformador entre la alimentación auxiliar y el regulador de campo. El circuito del rotor necesita sólo un rectificador.
Protección de motor
El control proporciona una mínima protección del motor conectado al variador. En sistemas que usan un bypass del variador, no de celda, se necesita una protección externa del motor. El control disparará el variador en caso de fallo de pérdida de campo si el motor consume excesiva corriente reactiva, lo que sucede cuando la excitación falla a totalmente conectada o totalmente desconectada. Se necesita un aparato externo para seccionar la alimentación de la excitatriz del campo para proteger totalmente el motor.
Implementación del regulador de flujo
La estrategia global de control es similar al OLVC, excepto en lo que respecta a la implementación del regulador de flujo. Véase la figura Algoritmos de control vectorial. Para los motores síncronos, el regulador de flujo proporciona dos órdenes de corriente, una para el regulador de campo y otra para el componente magnetizante de la corriente del estátor.
Determinación de la velocidad del motor
El SMC no necesita barrer la frecuencia del motor para determinar la velocidad de giro. Para determinar la velocidad del rotor, el control utiliza información de tensiones de velocidad inducida por el rotor en el estátor. El variador empieza, en el estado Magnetizando, enviando a la excitatriz una orden de corriente de campo equivalente al valor de la corriente de campo en vacío. Este proceso dura un tiempo igual al tiempo de rampa de flujo programable que se ha especificado por medio del sistema de menú.
Finalizado este tiempo, el variador pasa al estado En Marcha. En la mayoría de los casos, el regulador de campo es lento, y el variador aplica corriente magnetizante a los devanados del estátor para ayudar a la excitación a establecer en el motor el flujo nominal. Al mismo tiempo, el regulador de velocidad ordena una corriente generadora de par para acelerar el motor hasta la velocidad demandada. Una vez que la excitatriz establece la corriente necesaria para mantener el flujo en el motor, la componente magnetizante de la corriente del estátor se reduce a cero. A partir de este punto, el variador proporciona una corriente generadora de par, para aceleración o deceleración, que está en fase con la tensión de salida del variador. Es decir, en estado estacionario se mantiene automáticamente el factor de potencia unitario a la salida del variador. La orden de corriente de campo se envía al regulador de campo mediante una señal de salida analógica.
Resumen de las diferencias entre SMC y OLVC El parámetro de corriente en vacío del motor representa el valor de la corriente de campo
en vacío en SMC. Con SMC, las ganancias del lazo de flujo son ligeramente menores que con OLVC. La función de rearranque al vuelvo siempre está habilitada con SMC. El regulador de corriente magnetizante del variador utiliza sólo la ganancia proporcional
para la excitación. Con los motores síncronos sólo se puede usar la etapa 1 de ajuste automático. Cuando se está ejecutando la etapa 1 de ajuste automático, se debe cortocircuitar el
devanado de campo para conseguir una configuración adecuada de la resistencia del estátor.
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC 39
PRECAUCIÓN
El uso incorrecto de la etapa 2 de ajuste automático producirá inestabilidades en el variador.
No utilice nunca la etapa 2 de ajuste automático con motores síncronos.
Con motores síncronos, utilice solamente la etapa 1 de ajuste automático.
Consulte también Modos de control (Página 31)
4.2.4 Control de voltios/hercios (V/Hz) El control de voltios/hercios (V/Hz) se usa cuando el variador está conectado a varios motores en paralelo. El algoritmo de control es similar al OLVC, pero no utiliza algunos de los parámetros de motor que OLVC utiliza. En este modo de control se dispone del modo de alto par de arranque. V/Hz también se usa para aplicaciones con cables largos.
Nota
Muchas de las funciones disponibles con OLVC, como el bypass rápido, el rearranque al vuelo y la compensación de deslizamiento, no están disponibles con este modo, ya que no es posible la realimentación y el control individual de cada motor.
4.2.5 Control en lazo cerrado (CLVC o CSMC) El control vectorial en lazo cerrado (CLVC o CSMC) se usa para obtener un control de velocidad más preciso y con pares elevados a velocidades reducidas. En aplicaciones que necesitan un funcionamiento estable a velocidad baja (por debajo de 1 Hz) en condiciones de alto par, puede usarse un encóder para obtener realimentación de velocidad. La realimentación de velocidad del encóder se usa directamente como entrada del regulador de velocidad.
Cuando se usa un encóder con el variador, debe definirse como tipo de lazo de control el CLVC para control vectorial en lazo cerrado de un motor asíncrono, o bien el CSMC para control vectorial en lazo cerrado de un motor síncrono. Habilite el rearranque al vuelo cuando use este modo de control.
Descripción del control NXGpro 4.2 Modos de control
Control NXGpro 40 Manual del usuario, AC, A5E33474566C_AC
4.2.6 Control de motor de imanes permanentes (PMM) El control de motor de imanes permanentes (PMM) se usa para motores de imanes permanentes, dado que tienen requisitos de arranque especiales. Los imanes de un PMM proporcionan el flujo. El variador no tiene que generar una Ids para mantener el flujo. Puede controlarse el factor de potencia a la salida (PF).
Aunque se considera que los PMM son motores síncronos, las características de control de los PMM son distintas de las de control de motores síncronos. Una de esas diferencias es que el control de PMM habilita automáticamente el modo de alto par de arranque.
Nota
Con el modo de control PMM no se pueden usar encóders. No utilice CSMC para control PMM a fin de incorporar un encóder, puesto que eso no funcionará correctamente.
Con control PMM se inhabilita la salida del regulador de flujo. Por el contrario, Ids,ref se calcula a partir de la selección del modo Reactive Current (Corriente reactiva) (2981). El PF, como se muestra en los diagramas vectoriales, se mide desde los bornes de salida del variador, no desde la referencia del motor.
La figura siguiente muestra el control con el regulador de flujo inhabilitado.
Figura 4-7 Regulador de flujo en modo de control PMM
Las selecciones posibles para el modo Reactive Current (Corriente reactiva) son estas:
Nota
Dado que los modos automático y de avance de fase automático aumentan la tensión y la potencia de salida al motor, se deben deshabilitar esos modos cuando se intente una transferencia síncrona del PMM. Los modos manuales también pueden impedir el funcionamiento correcto de la transferencia síncrona.
Modo inhabilitada Este modo es la configuración de control de PMM básica. Puesto que el flujo es en el eje D e Ids y Vds son cero, la tensión del variador no está compensada y la FCEM del motor es desconocida.
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La siguiente figura muestra el diagrama vectorial para el modo inhabilitada:
Figura 4-8 Modo inhabilitada
PF salida variador = 1
El PF del motor (referenciado al rotor) es inferior a la unidad
Sin compensación de Ids
Modo automático En este modo, el PF se controla para producir el par por amperio máximo del motor PMM al asegurar que la corriente generadora de par está alineada con la FCEM del motor. Esto se consigue compensando la caída de tensión y el desfase causados por la inductancia total del estátor, parámetro Stator Ls Total (Ls total estátor) (1081). La inductancia total del estátor se define como:
Inductancia total del estátor = Inductancia de dispersión + Inductancia magnetizante del estátor
La siguiente figura muestra el diagrama vectorial para el modo automático:
Figura 4-9 Modo automático
Ids,ref = 0
PF automático conectado
Modo manual Este modo se usa en bancos de prueba, en los que se desea tener control manual. Ids,ref se introduce manualmente mediante el parámetro Output Ids (Ids salida) (2982). El valor introducido puede ser de hasta el 100% de la corriente nominal del motor, positivo o negativo. No se admite que la magnitud sea inferior al 1%, para evitar inestabilidades. Vs se alinea con el eje q.
Las figuras siguientes muestran los diagramas vectoriales para modo manual y modo de red manual con Ids positiva y negativa.
Figura 4-10 Modo manual/modo de red manual (Ids positiva)
Ids,ref > 0
PF salida variador < 1 según el vector de corriente de estátor
PF del motor (referenciado al rotor) < 1
Sin compensación de XL (no se compensa la caída de tensión en la inductancia del motor)
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Figura 4-11 Modo manual/modo de red manual (Ids negativa)
Ids,ref < 0
PF salida variador < 1 según el vector de corriente de est&aacut